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Vorrichtung zum Ingangsetzen von Dieselmaschinen Die vorliegende Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Ingangsetzen von Dieselmaschinen mit direkter Einspritzung,
insbesondere für Lokomotiven, mittels Druckluft und Brennstoffes, bei denen die
Mischung an einer im Zylinder vorgesehenen Zündvorrichtung entzündet wird.
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Der Gedanke, ein aus Druckluft und Brennstoff bestehendes Gemisch
beim Anlassen an einer elektrischen Zündvorrichtung zur Explosion zu bringen, ist
für Vergasermaschinen bereits vorgeschlagen worden. Es handelte sich dabei aber'
um das Anlassen einer unbelasteten Maschine. Eine für diesen Zweck geschaffene Einrichtung
bestand aus einem zusätzlichen Vergaser, durch den die Anlaßdruckluft hindurchgeleitet
wurde, um einen besonderen Zündbrennstoff mit in den Zylinder zu reißen. Durch Wiederabsperren
eines Druckluftventils sollte gleichzeitig die Zündvorrichtung betätigt und dadurch
die Maschine mit einer einmaligen Zündung beschleunigt werden.
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Es sind bereits Vorschläge gemacht worden, Einblasedieselmaschinen
in der Weise mit Druckluft in Gang zu setzen, daß man gleichzeitig mit der Druckluft
Brennstoff durch die übliche Zerstäubungsvorrichtung einspritzt zwecks sofortiger
Entflammung. Diese Vorschläge konnten aber bisher nicht verwirklicht werden. Infolge
der unvermeidlichen Undichtigkeiten des Kolbens wird bei geringen Drehzahlen der
Kompressionsenddruck und damit die Zündtemperatur nicht erreicht. Außerdem wird
die Kompressionswärme -teilweise an die noch kalten Wandungen abgegeben, so daß
innerhalb eines Drehzahlbereiches von etwa o bis 2o °/o der vollen Drehzahl eine
Zündung unmöglich ist. Bei diesen Maschinen, die mit Einblaseluft arbeiten, kommt
hierzu noch, daß bei der Lufteinblasevorrichtung vor dem Ventil ein Einblasedruck
von mindestens 6o at gehalten werden mußte, um nach Abstellung der Druckluft die
Einblasung des Treiböles zu sichern, und daß dieser Druck auf mindestens 3o at expandieren
mußte beim Durchtritt durch das Einblaseventil in den Arbeitszylinder. Die geringe
Luftwärme im Zylinder infolge der geringen Kompression, der Abkühlung an der Wandung
und der Vermischung der Frischluft mit der kalten Einblaseluft, führte daher zu
einer verhältnismäßig hohen Drehzahl, ehe die Selbstzündung beim Anlassen einsetzte,
so daß ein derartiges Verfahren insbesondere für Lokomotiven mit ihren geringen
Anfangsdrehzahlen und dem dabei nötigen großen Drehmoment überhaupt nicht in Frage
kommen konnte. Vornehmlich diese Gründe haben dazu geführt, daß das Zngangsetzen
von Einblasedieselmaschinen mit Druckluft unter gleichzeitiger Einblasung
von
Dieselöl nach vergeblichen Versuchen aufgegeben werden mußte.
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Ein weiterer Vorschlag, das Druckluft-Brennstoff-Gemisch durch eine
Zündvorrichtung außerhalb des Zylinderinneren zu zünden und brennend durch ein gesteuertes
Organ in den Arbeitszylinder einzuführen, scheiterte an der praktischen Schwierigkeit,
Steuerorgane gegen so hohe Temperaturen (weit über rooo° C) gegen die hohen Drücke
des normalen Dieselverfahrens zu dichten.
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Wollte man aber die Temperatur des vor dem Arbeitszylinder erzeugten
Brennstoff-Luft-Gemisclhes so weit herunterziehen, daß die Dichtungsschwierigkeiten
beseitigt sind, so brauchte man einen sehr viel höheren Luftüberschuß, der wiederum
durch vermehrten Arbeitsaufwand aufgebracht werden müßte, also im vorliegenden Falle
vermehrtes Lokomotivgewicht durch größere Verdichteranlage oder Druckbehälter bedingt.
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Nach der Erfindung wird nun das Ingangsetzen von Dieselmaschinen durch
Druckluft unter gleichzeitiger Einleitung einer Verbrennung im Innern des Zylinders
dadurch ermöglicht, daß im Verbrennungsraum ein Brennstoffventil für Druckeinspritzung,
ein Anlaßdruckluftventil und ein elektrisch beheizter Glühkörper angeordnet werden,
damit die einströmende Druckluft sich mit dem während der ganzen Dauer ihrer Einströmung
eingespritzten Brennstoff innig mischt und dieses Gemisch unmittelbar darauf an
dem elektrisch beheizten Glühkörper zwecks Entzündung vorbeistreicht, so daß der
Druck der Anlaßluft durch eine Hilfsverbrennung erhöht wird. Es -findet also außer
der Anlaßdruckluftzufuhr, die unter dem üblichen Druck von höchstens 3o at zugeführt
wird, keine weitere Luftzufuhr statt, .sondern nur eine luftlose Zufuhr von Brennstoff.
Dabei muß dafür gesorgt werden, daß durch eine genügende unempfindliche Zündvorrichtung
die Bedingungen für sofortige. Entzündung des Brennstoffes geschaffen sind. Es muß
also eine Zündvorrichtung vorgesehen sein, die durch das Heranspritzen von flüssigem
Brennstoff oder durch einen. kalten Luftstrom nicht unwirksam gemacht wird. Als
hervorragend geeignet hierfür hat sich ein von elektrischem Strom beheizter Glühzünder
aus einer schlecht leitenden, nicht metallischenSubstanz, z. B. aus Siliciumcarbid,
erwiesen. Vorzugsweise sind die Einrichtungen so zu treffen, daß das eingespritzte
Ö1 von dem Luftstrom sofort erfäßt und an die Zündvorrichtung unter gleichzeitiger
Zerstäubung geworfen wird. Es ist dabei nicht ausgeschlossen, däß ein kleiner Teil
der Ölladung bereits vorgelagert im Zylinder vorhanden ist, wenn die ersten Teilchen
der Anlaßluft einströmen. Es kommt dabei nur darauf an, daß die Brennstoffmerige
an einer solchen Stelle vorgelagert ist, daß sie vom Luftdruck erfaßt und zerstäubt
werden kann. Die nachfolgende Brennstoffmenge muß dann gleichzeitig mit der Einführung
der Druckluft eingespritzt werden. Man ist auf diese Weise imstande, ein Diagramm
mit kleinem Luftverbrauch zu erzielen und dadurch zu ermöglichen, daß auch unter
Berücksichtigung des schlechten Wirkungsgrades der Luftpumpe und der aufgewandten
Reibungsarbeit mehr äußere Arbeit geleistet wird, als gleichzeitig in der Luftpumpe
aufgezehrt wird. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem außerordentlich geringen
Druckluftbehälter auszukommen und selbst für eine lange Anfahrzeit in belastetem
Zustande die Luft durch den Kompressor immer wieder ersetzen zu lassen.
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Bei -der praktischen Ausführung der Vorrichtung ist es, insbesondere
bei einer Mehrzylindermaschine, nichtnotwendig, die Brennstoffpumpe anders zu steuern
als im normalen Betrieb. Vorteilhaft wird man jedoch die Brennstoffpumpe etwas übermessen.
Beim normalen Brennstoffbetriebe wird der Regler durch rechtzeitige Abschneidung
des Pumpenhubes schon von selbst dafür sorgen, daß nur ein Bruchteil der möglichen
Fördermenge eingespritzt wird, während für den Anlaßbetrieb der volle Brennstoffpumpenhub
eingesetzt werden kann. Beispielsweise müßte die normale Brennstoffpumpensteuerung
(gemäß Abb. z) einen Voreinspritzwinkel von etwa ao° und . einen größten Nachspritzwinkel
von beispielsweise 9o° zulassen. Die Anlaßluftsteuerung müßte auf eine Druckluftzufuhr,
beginnend bei o° .und aufhörend bei 9o°,. eingestellt sein. Bei normalem Betrieb,
also ohne Druckluft, würde der Regler eine Brennstoffzufuhr von höchstens 2o° zulassen,
und nur beim Anlassen würden bis zu 9o° Druckluft und Brennluft eingespritzt werden.
Man hätte dann zum .Zwecke des Anlassens der. Maschine im Viertakt nichts anderes
zu tun, als das Anlaßventil nach Ingangsetzung der Zündvorrichtung anzustellen.
In denjenigen Zylindern, in denen der Kolben innerhalb der 90° Kurbelwinkel steht,
wird alsdann eine Brennstoff-Luftdruck-Verbrennung stattfinden. In einem anderen
Zylinder, dessen Kolben beispielsweise einen normalen Verdichtungshub ausführt,
wird am Ende des.Verdichtungshubes ein wenig Brennstoff eingespritzt, jedoch kommt
dieser entweder gar nicht oder so spät zur Zündung, daß ein Rückdrehmoment nicht
eintreten kann.
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Statt die Brennstoffpumpe in so weitgehendem Maße überzumessen, kann
man auch eine in üblicher Weise bemessene Brennstoffpumpe
beibehalten
und die Förderung der Brennstoffpumpe, etwa durch Einschaltung eines anderen Nockens,
entsprechend vergrößern. Man hat alsdann für das Ingangsetzen im Viertakt das Anlaßventil
und die Anlaßbrennstoffpumpensteuerung einzuschalten.
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Beim Anlassen von Viertaktmaschinen im Zweitakt würde im ersten Falle
nur das Anlaßventil einzuschalten, das Auslaßventil auf Öffnung im Verdichtungshub
und das Einlaßventil auf Schluß im Ansaugehub einzustellen sein. Im zweiten Falle
käme noch die Steuerung der Brennstoffpumpe zwecks Vergrößerung der Brennstofförderung
hinzu.
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Beim Anlassen von Zweitaktmaschinen würde wie im ersten Falle nur
eine Steuerung des Anlaßventils erforderlich sein..
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In allen Fällen dürfte darauf Rücksicht genommen werden, daß bei großer
Öffnungsdauer des Druckluftanlaßventils und Förderdauer der Brennstoffpumpe der
Auslaßdruck stark erhöht wird. Um das Auslaßventil nicht zu stark zu belasten, könnte
in diesem Falle die Öffnung eines Hilfsauslaßventils von kleinerem Querschnitt oder
die Freilegung von Ausströmschlitzen zu Hilfe genommen werden. Im letzteren Fälle
würde freilich beim Aufladen der Maschine mit Luft unter höherem Drück die Gefahr
bestehen, daß Aufladeluft aus den Schlitzen entweicht. Dem kann jedoch vorgebeugt
werden durch Anordnung eines Rückschlagventils zwischen Auslaßschlitz und Auspuffleitung,
das stark genug belastet, ist, um zwar den Überdruck der Auspuffgase beim Brennstoff-Druckluft-Betrieb
herauszulassen, nicht aber die Aufladeluft beim Brennstoffbetrieb.
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Die dargestellten Abb.2 und 3 ergeben Ausführungsbeispiele. In Abb.
a und 2a ist eine Strahleinspritzmaschine schematisch dargestellt mit Brennstoffpumpe
a, Einspritzdüse b, Einlaßventil c und Auslaßventil d; e ist die Zündvorrichtung,
f das Druckluftanlaßventil. In der Druckluftleitung vor dem Druckluftanlaßventil
befindet sich ein Rückschlagventil g. Der Arbeitskolben ist als Hohlkolben ausgebildet.
Die Anordnung der Teile wirkt derart, daß etwa auf den Arbeitskolben geschleudertes
Öl durch den Druckluftstrom aufgewühlt und der Zündvorrichtung zugeführt wird. Das
Rückschlagventil g hat den Vorteil, daß beim Auftreten eines höheren Verbrennungsdruckes
das Eindrindringen von Verbrennungsgas in den Druckluftbehälter verhindert wird.
An der Stelle h sind Auspuffschlitze und dahinter ein Rückschlagventil angebracht,
welch letzteres so belastet ist, daß es nach etwaiger Einführung von Aufladeluft
nicht geöffnet wird.
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Abb. 3 und 4 deuten die Anbringung der Erfindung an Vorkammermaschinen
an, und zwar zeigt Abb. 3 einen senkrechten Längsschnitt einer Ausführungsform,
Abb. 4 einen waagerechten Grundschnitt einer anderen Ausführungsform.
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Im Gegensatz zu den üblichen Anordnungen ist die Zündvorrichtung ,
nicht in der Vorkammer, sondern im Zylinderraum untergebracht. Die Druckluftzufuhr
erfolgt auch in diesem Fälle vorteilhaft in der Weise, daß der ausgespritzte Brennstoff
an die Zündvorrichtung befördert wird. In Abb. 3 ist angenommen, daß der Brennstoff
in genügender Menge aus der Vorkammer herausträufelt und unmittelbar an der Düse
oder nach dem Auftreffen auf dem Kolben vom Luftstrom, der quer über die Kolbenoberfläche
streift, erfaßt wird.
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In Abb. 4 ist eine besondere Hilfseinspritzdüse x vorgesehen, außer
der normalen in die Vorderkammer mündenden Düse; die Mündung des Druckluftkanals
steht schräg zum Umfange des Arbeitszylinders. Dadurch wird ein kreisender Luftstrom
erzeugt, der dazu beiträgt, um die Luft im Zylinder erst zur Hilfseinspritzdüse
x, dann zur Zündvorrichtung e zu führen.
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Diese Hilfsdüse ist nur so lange in Betrieb, als die Anlaßdruckluft
zugeführt wird; während dieser Zeit kann die Zufuhr zur Hauptdüse bestehen bleiben
oder unterbrochen sein. Die Einschaltung der Hilfsdüse und deren Ausschaltung oder
die Umschaltung von der Hilfsdüse auf die Hauptdüse kann in Verbindung gebracht
werden mit der Einschaltung und Ausschaltung der Anlaßdruckluftsteuerung.
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Die Vorrichtung hat eine besondere Bedeutung für Diesellokomotiven
mit unmittelbarer Kupplung des Dieselmotors mit den Achsen. Bei diesen handelt es
sich darum, aus einer beliebigen Kurbelstellung heraus mit einem Drehmoment, das
etwa das Vierfache des normalen Dieseldrehmomentes beträgt, anzufahren und während
der ganzen zur Beschleunigung des Zuges nötigen Zeit ein stark erhöhtes Drehmoment
beizubehalten. Die Anwendung dieser Vorrichtung auf Diesellokomotiven ermöglicht
es, mit einem so kleinen Luftbehälter und einem so kleinen Anlaßluftkompressor auszukommen,-
wie es bei keinem anderen Verfahren möglich ist.
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Die Vorrichtung gestattet auch im Gegensatz zum Anlassen der Lokomotiven
mit Druckluft einen beliebig langen Druckluftbrennstoffbetrieb. Während nämlich
beim reinen Druckluftbetrieb das Arbeitsdiagramm im Hauptzylinder immer kleiner
sein muß als das Arbeitsdiagramm der Luftpumpe, so wird nur bei sehr geringen Geschwindigkeiten
des Hauptmotors der Hilfsmotor infolge seiner höheren Drehzahl eine größere Arbeit
leisten
als der Hauptmotor verzehrt; bei Erreichung einer gewissen
Geschwindigkeit des Hauptmotors, in der noch lange nicht eine genügende Beschleunigung
des Zuges erreicht wird"-kann -der Hilfsmotor die zum Betrieb des Hauptmotors nötige
Druckluft nicht mehr beschaffen; und man ist gezwungen, auf Brennstoffbetrieb umzustellen,
dessen Diagramm nicht beliebig vergrößert werden kann. Gemäß der neuen Erfindung
kann aber der Hauptmotor. beliebig lange mit Druckluftbrennstoffbetrieb arbeiten,
da seine Diagramme größer sind als die Arbeitsdiagramme des Luftverdichters. Man
kann also schneller beschleunigen oder bei gleicher Beschleunigung mit einer kleineren
Hauptmaschine auskommen.
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Das Verfahren ermöglicht es. natürlich auch, beim Auftreten erhöhter
Widerstände während der Fahrt durch Zuschalten von Druckluft zu den Verbrennungen
das Drehmoment zu erhöhen, ohne daß der mitgenommene Luftvorrat vermindert werden
müßte, da der Hilfsmotor die nötige Luft liefern kann.