DE525527C - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verbrennungskraftmaschine

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DE525527C
DE525527C DEL75949D DEL0075949D DE525527C DE 525527 C DE525527 C DE 525527C DE L75949 D DEL75949 D DE L75949D DE L0075949 D DEL0075949 D DE L0075949D DE 525527 C DE525527 C DE 525527C
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air
mixture
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mixing chamber
combustion
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Lokomotivfabrik Krauss & Comp
LINZ A DONAU
OESTERREICHISCHE EISEN
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Lokomotivfabrik Krauss & Comp
LINZ A DONAU
OESTERREICHISCHE EISEN
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B9/00Engines characterised by other types of ignition
    • F02B9/02Engines characterised by other types of ignition with compression ignition
    • F02B9/04Methods of operating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2700/00Measures relating to the combustion process without indication of the kind of fuel or with more than one fuel
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    • F02B2700/023Four stroke engines with measures for charging, increasing the power

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

  • Verbrennungskraftmaschine Es sind Verfahren zur Leistungssteigerung von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welche darauf beruhen, daß nach oder schon während der Verbrennung oder nach der Verpuffung in der sonst normal arbeitenden Verbrennungskraftmaschine eine zusätzliche Menge Preßluft und Brennstoff unter dem Verbrennungs- oder Verpuffungsdrucke zugeführt wird, so daß eine größere Füllung und damit eine größere Diagrammfläche erreicht wird.
  • Diese Verfahren können in zwei Gruppen eingeteilt werden, nämlich solche, bei welchen komprimierte Luft und Brennstoff getrennt dein Verbrennungszylinder zugeführt werden und sich erst während der Einspritzung oder erst im Zylinder zu einem brennbaren Gemisch vereinigen, und solche, bei welchen die Mischung von Luft und Brennstoff (C51 oder Brenngas) außerhalb des Zylinders in einer vorgeschalteten Mischkammer erfolgt.
  • Die Verfahren der ersten Gruppe sind nur für langsam laufende Maschinen verwendbar, da die Verdampfung, Olgasbildung und Diffusion des Brennstoffes, welche der Verbrennung vorausgehen müssen, eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen, die zur Erreichung einer guten Wärmeausnutzung nur einen Bruchteil der Expansionsdauer betragen darf. Ein Betrieb mit zusätzlicher Einführung von verdichtetem Gas und Luft liefert nach diesem Verfahren überhaupt unbrauchbare Ergebnisse.
  • Die Verfahren nach der zweiten Gruppe sind bis jetzt auch noch praktisch unbrauchbar, da es noch nicht gelungen ist, Rückzündungen in der dem Verbrennungszylinder vorgeschalteten Mischkammer zu vermeiden. Es wurden z. B. zwischen Einlaßv entil und Mischkammer Drahtgitter eingelegt, die durch Wärmeabführung ein Durchschlagen der Flamme verhindern sollten. Dieses Gitter nutzte jedoch nur ganz kurze Zeit, nämlich bloß so lange, als es zur Wärmeabführung genügend kalt war. Es ist klar, daß die Verfahren der zweiten Gruppe nach Lösung dieses Problems für den Gasmotorenbau sehr wertvoll wären, da bereits in der Mischkammer ein vollkommen homogenes, gut brennbares Gemisch gebildet und daher die Zeit der Verbrennung im Zylinder beliebig herabgesetzt werden kann, so daß also aus diesem Grunde der Drehzahl keine Grenzen gesetzt sind. Auch das bei langsam laufenden Dieselmotoren unvermeidliche Nachbrennen und die damit verbundene schlechte Wärmeausnutzung wird vermieden, da die Mischung in der Mischkammer so gut durchgeführt werden kann, daß jedes einströmende Brennstoffmolekül sofort den nötigen Sauerstoff vorfindet.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Verbrennung bei den Verfahren der zweiten Gruppe störungsfrei durchzuführen. Die Erfindung besteht in der Anwendung der bereits in der Feuerungs- und Beleuchtungstechnik bekannten Erscheinung auf den Motorenbau, daß nämlich bei einer Gasflamme ein richtiges Brennen nur dann erreicht wird, wenn die Ausströmungsgeschwindigkeit des brennbaren Gemisches aus der Düse, vor welcher die Flamme entstehen soll, mit der Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemisches übereinstimmt. Ist die Ausströmungsgeschwindigkeit kleiner, so tritt Rückschlagen der Flamme in die Mischkammer ein, ist sie größer, so entsteht ein Fortblasen, d.h. ein Auslöschen der Flamme. Um also das brennbare Gasgemisch in den Verbrennungszylinder zu bekommen, ohne daß die Flamme in die Mischkammer zurückschlägt, wird gemäß der Erfindung dafür Sorge getragen, daß in jedem Zeitteilchen die Einströmgeschwindigkeit des Gemisches größer oder höchstens gleich seiner Verbrennungsgeschwindigkeit ist. Größer als zum sicheren Betriebe not-«-endig darf man die Strömungsgeschwindigkeit aus zwei Gründen nicht machen. Erstens müßte dazu das Gasgemisch unnötig hoch über den Verbrennungsdruck verdichtet werden, was unnötige Drosselverluste zur Folge hätte, zweitens würde dies schädliche Abkühlungen im Zvlinder und dadurch Fehlzündungen und Stöße zur Folge haben. Diese stets gleichbleibende Einströmgeschwindigkeit wird gemäß der Erfindung durch zwei hintereinandergeschaltete Einlaßorgane erreicht, von welchen das zweite, das den unmittelbaren Abschluß gegen den Zylinder bildet, ein selbsttätiges Drosselorgan ist, welches in jedem Augenblick den zur Erzeugung der richtigen Strömungsgeschwindigkeit nötigen Überdruckdes brennbaren Öldampfluft-oder Gasluftgemisches gegenüber dem Verbrennungsdruck im Zylinder herstellt. Dieses Ventil kann wie jedes selbsttätige Druckreduzierventil ausgebildet sein, z. B. als selbsttätiges federbelastetes Tellerventil, bei welchem sich die Federbelastung zwecks genauer Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit verändern läßt. Die Federbelastung dient hier nicht zum rechtzeitigen Schließen des Ventils, sondern zur Erreichung des nötigen Überdruckes. Um jedoch den Beginn und Abschluß der Einströmung des Brenngasgemisches in den Zylinder überhaupt steuern zu können, ist noch ein gesteuertes Einlaßventil vorhanden, welches dem Drosselventil vorgeschaltet ist. Durch das gesteuerte Einlaßventil allein wäre ein konstanter überdruck und damit die richtige Strömungsgeschwindigkeit nicht erreichbar.
  • In Abb. i ist die Anwendung des Erfindungsgedankens an einer im Zweitakt arbeitenden Dieselkraftmaschinenanlage mit Leistungssteigerung durch Einblasen eines zusätzlichen Oldampfluftgemisches am Ende oder während der normalen Verbrennung gezeigt.
  • Es bedeutet D einen Hilfsdieselmotor; dieser treibt einen Kompressor LK für die Erzeugung der zur Bildung des öldampfluftgemisches nötigen Preßluft, ferner eine Spülpumpe SP zur Erzeugung der Spülluft für den Hauptdieselmotor A. U ist ein Überhitzer zur Vorwärmung der Preßluft mit den Abgasen der beiden Verbrennungsmotoren. t1IK ist die Mischkammer, in welcher durch Brennstoffeinspritzung mittels Düse d das Ö1-dampfluftgemisch erzeugt wird. A ist der mit Leistungssteigerung arbeitende Hauptdieselzvlinder, dessen Kolben eine Welle W antreibt, von der die Leistung abgenommen wird.
  • hi ist das Drossel- oder Druckreduzierventil zur Erzeugung der nötigen Einströmgeschwindigkeit, v e das gesteuerte Einlaßventil für das Öldampfluftgemisch, «-elches dem Ventil Vd vorgeschaltet ist.
  • Der Arbeitsvorgang ist folgender Steht im Zvlinder A der Kolben in der gezeichneten Stellung, so hat gerade die normale Verbrennung begonnen, indem durch Düse dl Brennstoff eingespritzt wird, entsprechend Punkt :2 in Abb. a. Von Punkt z bis 3 erfolgt normale Verbrennung bei gleichbleibendem Druck, wie bei Diesel, in Punkt 3 hört die ölzufuhr durch Düse dl auf, und das Einlaßventil h, wird durch die Steuerwelle geöffnet. Das Ventil Vd öffnet sich aber erst dann, wenn im Zylinder durch Expansion der zur Erzeugung der richtigen Einströmgeschwindigkeit nötige Unterdruck gegenüber dem Druck des Öldampfluftgemisches entstanden ist. Von diesem Augenblick an erfolgt das Einströmen des letzteren aus der Mischkammer lhfK, wobei es sich sofort an den heißen Gasen im Zylinder entzündet. Hernach folgt die Verbrennung desselben bis zum Punkte .4 des Diagramms in Abb. z. Jetzt schließt sich das Einlaßventil Ve, und es beginnt dieExpans:ion, die bis.Punkt5 dauert, worauf sich Auslaß und Spülung über die Diagrammpunkte 5, 6, 7, 8 in normaler Weise vollzieht. Von Punkt 8 bis i kann noch ein Teil der Ladeluft ausgeschoben werden, um die Kompressionsarbeit und die Arbeitsfläche, die das reine Dieselverfahren entsprechend der punktierten Linie im Diagramm ergeben würde, zu verkleinern, die Zusatzleistung aber zu vergrößern. Dazu ist natürlich zur Erreichung normaler Kompression ein entsprechend kleinerer schädlicher Raum zu verwenden.
  • Die Erfindung ist sinngemäß auch auf einen im Viertakt arbeitenden Dieselmotor oder eine im Zweitakt oder Viertakt arbeitende Gasmaschine mit zusätzlicher Öldampfluft- oder Gaslufteinführung anwendbar.
  • Man erhält ein ebenfalls bekanntes Verfahren, wenn man bei dein in Abb. i gezeichneten Zylinder A die Spülschlitze ganz wegläßt, also auf eine Spülung und auf die direkte Dieselleistung (Fläche der Diagrammpunkte i, 2, 3, g, <, 8, i in Abb. a) überhaupt verzichtet, indem man die Abgase durch Auslaßventil V,, ausschiebt und bloß das Öldampf- oder Gasluftgemisch zur Arbeitsleistung heranzieht. In diesem Falle kann die Zündung durch die hohe Temperatur der entsprechend komprimierten Abgase oder durch ein bekanntes Zündmittel (elektrischer Funke, Glühkopf oder Glührohr usw.) eingeleitet werden. Die Maschine arbeitet dann wie ein normaler mit Preßluft beschickter Expansionsmotor mit durch die Verbrennung vergrößerter Diagrammfläche. In Abb. 3 ist der Erfindungsgedanke auf eine nach diesem Verfahren mit einem Gasluftgemisch arbeitende Verbrennungskraftmaschine angewendet. Dabei bedeuten: D den Hilfsdieselmotor, Lh den Luftkompressor, ZU den Luftüberhitzer, 11h: die Mischkammer wie in Abb. i, A einen nach Art einer Druckluftbrennkraftmaschine mit komprimiertem Gasluftgemisch beschickten Verbrennungszylinder.
  • Neu hinzu koininen: ein Gaskompressor G 11 und ein Gasüberhitzer G LT.
  • Der Arbeitsvorgang ist ähnlich wie bei der Anlage nach Abb. i. In der gezeichneten Stellung des Kolbens im Zylinder A öffnet sich das Einlaßventil Ve, das Gasluftgemisch strömt aus der Mischkammer durch das gesteuerte Ventil r'e und das Drosselgentil r',i (wenn genügend Unterdruck im Zylinder A vorhanden ist), zündet sich an den hoch komprimierten Abgasen oder durch eine besondere Zündung, verbrennt unter gleichbleibendem Drucke bis zum Schließen des Einlaßventils he, worauf normale Expansion und Auslaß durch Ventil VQ erfolgt. Luft und Gas werden getrennt in den Kompressoren LK und GK komprimiert, in den Überhitzern LU und GU überhitzt und strömen dann je über ein Rückschlagventil Rg und RL in die Mischkammer illIK, wobei durch Wirbelbildung und entsprechende Führung eine gute Durchmischung erzielt wird. Die Mischkammer J1K kann bei langsam laufenden Maschinen auch zwischen die Ventile Vd und V, verlegt werden, in welchem Falle zwei Einströmventile V, für Luft bzw. Gas zu verwenden sind.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ist überall dort, wo auf die Änderbarkeit des Drehmomentes Wert gelegt werden muß, also insbesondere bei Fördermaschinen, Walzenzugmaschinen, Lokomotiven, Schiffen, Automobilen usw. verwendbar.
  • Die Steuerung der Maschine muß derart eingerichtet sein, daß sie beim Anfahren mit großen Füllungen bis ungefähr 8o"/" arbeiten kann, um ein möglichst gleichbleibendes Anfalirmoment in allen Kurbelstellungen zu sichern.
  • Beim Betriebe im Verbrennungsverfahren sind Leistungsänderungen, «-elche Füllungen von 5o bis io"i" entsprechen, mit günstiger Verbrennung erreichbar. Der ganze Variationsbereich der Anlage ist somit schon größer als der der modernen Lokomotivdampfmaschine, wo Füllungen unter 15'1 praktisch nicht mehr angewendet werden können.
  • Der Hilfsdieselmotor D, welcher den Luftkompressor LK, den Gaskompressor GK und die Spülpumpe S'P und evtl. noch andere Hilfsbetriebe antreibt. läuft dauernd durch. Seine Energie dient hauptsächlich dazu, den größten Teil der Kompressionsarbeit, die anderenfalls im Zylinder A geleistet werden müßte, zu übernehmen. Die in diesem Hilfsmotor aufgewendete Energie kommt also mit einem gewissen Übertragungswirkungsgrad (ungefähr 40 bis 70"'") an der Motorwelle W der Arbeitsmaschine zu nutzbringender Wirkung, während außerdem die Abgase des Motors D gemeinsam mit den Abgasen des Verbrennungszylinders A in den Überhitzern U, ZU, GU ausgenutzt «erden.
  • Zweckmäßig werden zur Stabilisierung sämtlicher Vorgänge in die Luft- und Gasleitungen entsprechend bemessene Speicherbehälter und fallweise auch Kühler eingebaut.
  • Die Einspritzung des Öles, das zur ersten Zündung im Verbrennungszylinder A dienen soll, kann nach jedem beliebigen bekannten Verfahren, also sowohl mit Preßluft, als auch kompressorlos, d. h. ohne Preßluftzerstäubung, erfolgen.

Claims (1)

  1. PATENT ANSPRÜCHE: i. Verbrennungskraftinaschine, bei welcher in den Verbrennungszylinder ein brennbares, hochkomprimiertes, außerhalb des Zylinders gebildetes und gegebenenfalls vorgewärmtes Oldampfluft- oder Gasluftgemisch entweder als alleiniges Arbeitsgemisch nach Art einer Druckluft-(Druckgas-) Brennkraftmaschine oder im Anschluß an eine Gleichdruckverbrennung oder Verpuffung üblicher Art als zusätzliches, die Füllung und Leistung vergrößerndes Arbeitsmittel in weitgehend veränderlichen Mengen eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem mechanisch gesteuerten, hinter der Mischkammer liegenden Einlaßventil (V,) für das alleinige oder zusätzliche Ladegemisch ein unmittelbar in den Arbeitszylinder sich öffnendes Drosselventil (Vd) nachgeschaltet ist, das mittels einer Federbelastung einen Überdruck in der Mischkammer gegenüber dem Druck im Verbrennungszylinder (A) einzustellen gestattet, welcher durch Änderung dieser Federbelastung derart auf annähernd gleichbleibende Höhe eingestellt werden kann, daß eine Strömungsgeschwindigkeit des Öldampfluft- oder Gasluftgemisches aus der Mischkammer in den Verbrennungszylinder (A) eintritt, die größer oder gleich der Verbrennungsgeschwindigkeit dieses Gemisches ist, so daß dadurch eine Rückzündung nach der Mischkammer sicher vermieden wird. z. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Füllung durch entsprechende Steuerung des mechanisch geöffneten, .dein Drosselventil vorgeschalteten Einlaßventils erfolgt.
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