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Zündverfahren für Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraftturbinen
Das zum Betrieb von Verpuffungskammern, insbesondere von Brennkraftturbinen, gewählte
Zündverfahren übernahm zunächst das bereits bei Kolbenbrennkraftmaschinen bewährte
Verfahren, das in der Verpuffungskammer gebildete, in ihr eingeschlossene zündfähige
Gemisch durch gesteuerte Fremdzünder, insbesondere elektrisch gesteuerte Zündkerzen,
in einem vorbestimmten Fremdzündzeitpunkt zur Entzündung zu bringen. Während die
Durchführung eines derartigen Zündverfahrens bei Kolbenbrennkraftmaschinen zu keinen
Beanstandungen führte, stellten sich beim Betriebe von Verpuffungskammern erhebliche
Schwierigkeiten dadurch ein, daß die Verpuffungskammer nicht wie der Verbrennungsraum
einer Kolbenmaschine durch den bewegten Kolben, also mechanisch, von den Restfeuergasen,
insbesondere nachbrennenden, nachglimmenden oder nachschwelenden Brennstoffteilchen,
gereinigt bzw. ausgespült werden konnte; die Schwierigkeiten wurden noch dadurch
verschärft, daß die Brennräume bei Verpuffungskammern größenordnungsmäßig gänzlich
verschieden sind von den Verbrennungsräumen bei - Kolbenbrennkraftmaschinen. Infolge
dieser abweichenden Verhältnisse traten bei den Verpuffungskammern ungewollte Frühzündungen,
d. h. Zündungen des eintretenden Gemisches an Feuergasresten oder sonstigen glühenden
Teilen bei noch geöffneten Ventilen auf, so daß der Ablauf des Betriebsverfahrens
empfindlich gestört wurde. Es gelang jedoch, dieser Schwierigkeiten dadurch Herr
zu werden, daß man der Verpuffungskammer eine langgestreckte Form mit konischem
Übergang zwischen Lufteinlaßorgan und dem langgestreckten Mittelteil der Verpuffungskammer
gab. Infolge der Diffusorwirkung des konischen Überganges erfährt die eindringende
Luft eine stetige, wirbelarme oder sogar wirbelfreie Ausdehnung über den Kammerquerschnitt,
so daß die Restfeuergase durch einen Luftkolben ausgeschoben werden, dessen hier
maßgebliche Wirkungen sich nicht wesentlich von denjenigen eines mechanischen Kolbens
unterscheiden. Weitere Untersuchungen an mit gesteuerten Fremdzündern betriebenen
Verpuffungskammern ergaben, daß man der im Betrieb auftretenden selbsttätigen Steigerung
der Wandungstemperaturen und einer dadurch bewirkten unzulässigen Aufheizung des
in die Verpuffungskammern eingeführten Gemisches entgegenwirken konnte, wenn man
nur dafür sorgte, daß das Verhältnis zwischen dem Produkt aus maßgebendem (engstem)
Austrittsquerschnitt und aus Verdrängungszeit und dem Rauminhalt der Verpuffungskammer
einen gewissen Mindestwert nicht unterschritt.
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Aus Versuchen mit der bereits erwähnten langgestreckten Verpuffungskammer
hat sich ein zweites Zündverfahren entwickelt, dem erhebliche Bedeutung zukommt.
Nach diesem Verfahren wird die Zündung nicht mehr durch gesteuerte Fremdzünder eingeleitet,
sondern die Entflammung des Gemisches erfolgt
durch Selbstzündung.
Zur Durchführung eines derartigenBetriebes sind beispielsweise zwischen dem Auslaßorgan
der Verpuffungskatnmer und der in diese eingeführten frischen Ladung Gase mit einer
Temperatur eingeschlossen worden, bei der an der Grenzfläche zwischen diesen Gasen
und der Ladung die Selbstzündtemperatur des in der Kammer gebildeten zündfähigen
Gemisches auftritt, welche unmittelbar die Gleichraumverbrennung des Gemisches einleitet.
Infolge der noch zu erörternden Vorteile dieses Zündverfahrens gegenüber dem Zündverfahren
mit gesteuerter Fremdzündung bemühte man sich, die Selbstzündungen möglichst rein
zu erhalten, d. h. man lagerte den Selbstzündungszeitpunkt bewußt so weit vor den
Fremdzündzeitpunkt, daß regelmäßige Zündungen eintraten, an denen der Fremdzünder
nicht mehr beteiligt war; man behielt zwar den Fremdzünder bei und steuerte ihn
nach wie vor an, aber lediglich als Sicherheit dafür, daß bei ausbleibender Selbstzündung
überhaupt eine Zündung, wenn auch zu verspätetem Zeitpunkt, eintrat. Man verstand
es auch schon, ein Eintreten der Selbstzündung bei noch geöffneten Ventilen, also
eine sogenannte Frühzündung, zu vermeiden, indem man den Selbstzündzeitpunkt mittels
Veränderung der bei Beginn der Gemischbildung verwirklichten Strömungsgeschwindigkeit
des Brennstoffträgers einstellte, wobei die Zeitspanne, die zwischen der Einführung
des bei Berührung der heißen Mittel die Zündung einleitenden Brennstoffteiles und
der Ankunft desselben an der Zündstelle liegt, nach den Anforderungen des Betriebes
bemessen wurde. Auch bei einem derartigen Selbstzündbetrieb maßte man dafür sorgen,
daß eine selbsttätige Aufheizung der Kammerwandungen und damit eine unerwünschte
Beeinflussung der in die Verpuffungskammer eingeführten frischen Ladung unterblieb;
das gelang ohne weiteres dadurch, daß man den engsten Auslaßquerschnitt für die
Feuergase, die Spül-oder Verdrängungszeit und den Rauminhalt der Verpuffungskammer
in der oben angegebenen Weise aufeinander abstimmte.
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Es war bereits erwähnt worden, daß der Betrieb der Verpuffungskammern
mit Selbstzündungen Vorteile gegenüber dem Betriebe mit gesteuerten Fremdzündern
aufweist. Tatsächlich wickeln sich die Verpuffungen bei der Fremdzündung verhältnismäßig
träge ab, und es findet auch keine restlose Verbrennung des zündfähigen Gemisches
statt, sondern es bleiben, _ wenigstens bei schwer zündenden Brennstoffen, unverbrannte
Bestandteile zurück. Diese unverbrannten Bestandteile können auch während der Expansion
nicht völlig nachverbrannt werden, so daß sie mit den Ausströmgasen unausgenutzt
entfernt werden. Als Ursache für diese nachteilige Erscheinung kommen eine Reihe
von Umständen in Betracht, deren Darlegung hier zu weit führen würde. Es soll lediglich
daran erinnert werden., daß es in der Eigenart gesteuerter Fremdzünder liegt, wenn
die Zündfläche, beispielsweise bei Zündkerzen, auf den zwischen den Elektroden überspringenden,
im Verhältnis zum Kammerrauminhalt punktartigen Zündfunken beschränkt bleibt. Es
muß eine verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch nehmen, wenn -von derartigen punktfdrrnigen
Zündstellen a:us die gesamte die Verpuffungskammer erfüllende Ladung entflammt werden
soll, womit sich die Trägheit in derAbw icklung des Zündvorganges erklärt.
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Demgegenüber bewirkt der reine Selbstzündungsbetrieb außerordentlich
schnell ablaufende Verpuffungen, die sich im Druckzeitdiagramm durch steil verlaufende
Verbrennungslinien kennzeichnen. Weiter zeigen die Ausströrngase keine unverbrannten
Bestandteile mehr, so daß es zu einer vollkommenen Ausnutzung des Brennstoffes kommt.
Untersucht man jedoch die bei einem derartigen Selbstzündv erfahren auftretenden
Verpuffungsvorgänge im einzelnen, so stellt man fest, daß während des sich zeitlich
sehr schnell abwickelnden Teiles der Verpuffung, insbesondere also während des steilen
Anstieges der Verbrennungslinie im Druckzeitdiagramm, nicht alle Bestandteile des
zu entzündenden Gemisches verbrennen. Man muß vielmehr die Verpuffungskammer nach
Beendigung des rasch verlaufenden Teiles der Verbrennung weiterhin geschlossen halten,
um eine Verbrennung der Restbestandteile vor Beginn der Expansion zu ermöglichen.
Gegebenenfalls muß man sogar eine Verbrennung der Restbestandteile während der Expansion
selbst zulassen. Beim reinen Selbstzündungsbetrieb wird zwar die mit dem Brennstoff
eingeführte Energie restlos in Wärme verwandelt; sie setzt sich aber nicht, wie
erwünscht, völlig in Drucksteigerung der erzeugten Verbrennungsgase um, sondern
dient zu einem wesentlichen Teil zur Rufheizung der Kammerwandungen oder besonderer
Wärmeaustauscher, so daß sie als abgeführte Abwärme nur mit geringem Wirkungsgrad
verwertet werden kann. Demgegenüber ergibt der reine Fremdzündungsbetrieb erfahrungsgemäß
eine höhere, wenn auch träge Drucksteigerung während der eigentlichen Verpuffung,
obwohl - wenigstens bei schwer entzündlichen Brennstoffen - ein gewisser Prozentsatz
der im Brennstoff enthaltenen Bestandteile den Auspuff unverbrannt verläßt. Bei
Fremdzündung ist die Verbrennung während der eigentlichen Verpuffung
zwar
träge, wird aber bis zu einem höheren Prozentsatz durchgeführt, um dann fast" völlig
abzubrechen, woraus sich die schlechte Gesamtverbrennung erklärt.
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Ausgehend von diesen Feststellungen setzt sich vorliegende Erfindung
die Ausbildung eines Zündverfahrens zur Aufgabe, welches die Vorteile der bisher
bekanntgewordenen Zündverfahren übernimmt, ohne an ihre Nachteile gebunden zu sein.
Die erfindungsgemäß gefundene Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch Einwirkung
gesteuerter Fremdzünder auf Gemische, welche durch Zuführung von Wärme in der Verpuffungskammer
die Selbstzündungsgrenze erreicht oder gerade überschritten haben. Hat das der Einwirkung
des gesteuerten Fremdzünders unterworfene Gemisch die Selbstzündungsgrenze gerade
überschritten, so daß die Verpuffung des Gemisches durch Selbstzündung schon eingeleitet
worden ist, so erfolgt die Ansteuerung des Fremdzünders noch innerhalb des Ablaufes
der so eingeleiteten Verpuffung; hat dagegen das der Einwirkung des gesteuerten
Fremdzünders unterworfene Gemisch die Selbstzündungsgrenze erst erreicht, so wird
zwar noch die eigentliche Zündung durch den Fremdzünder eingeleitet, aber noch während
der durch die Fremdzündung eingeleiteten Verpuffung treten selbsttätig infolge der
sofort einsetzenden Drucksteigerung Selbstzündungen über das gesamte Gemisch auf.
Es bildet also eine Eigenart des neuen Zündverfahrens, daß, gleichgültig, ob die
Zündung durch Selbst-oder Fremdzündung eingeleitet worden ist, noch in den Ablauf
der so eingeleiteten Verpuffung die andere Zündungsart fällt. Durch die gemeinsame
Einwirkung von Selbst- und Fremdzündungen auf das Gemisch und durch die so bewirkte
gegenseitige' Unterstützung beider Zündungsarten wird zunächst erreicht, daß die
bisher bei einer Fremdzündung des Gemisches vorhandene Trägheit im Ablauf der Zündungsvorgänge
durch den für Selbstzündungen charakteristischen, außerordentlich raschen Druckanstieg
ersetzt wird; erreicht wird weiter, was nicht vorauszusehen war. daß noch während
des raschen Druckanstieges eine nahezu vollkommene Verbrennung, des gesamten Brennstoffes
eintritt, so daß nicht mehr das bei reinen Selbstzündungen bisher unvermeidliche
Nachbrennen des Brennstoffes nach dem plötzlichen Druckanstieg eintritt.
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Eingehende Versuche an mit Schweröl betriebenen Verpuffungskammern
haben bewiesen, daß bei Durchführung des neuartigen Zündverfahrens ein Verpuffungswirkungsgrad
von über go % erreicht wird. Die 'zugeführte Brennstoffmenge wird also zu
über 9o °jo während der Verpuffung verbrannt, und die gesamte frei gewordene Wärmemenge
wird zur Drucksteigerung verwendet. Auch der Rest des Brennstoffes verbrennt noch
während der Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt höchster Drucksteigerung und dem Zeitpunkt
der Eröffnung des Abschlußorgans der Verpuffungskammer, d. h. während des im Druckzeitdiagramm
zum Ausdruck-kommenden Diagrammsattels. Die zur Drucksteigerung nicht verwandte
Brennstoffwärme geht also während der Verpuffungs- und Sattelzeit in die Kammerwandung
und damit in das Kühlmittel über, soweit sie nicht zum Wärmeinhalt desUnverbrannten
gehört. Beim neuen Betriebsverfahren aber sinkt, wie Versuche ergeben haben, das
Unverbrannte auf o bis a °[o, so daß 98 bis ioö °1o der zugeführten Wärme im Verpuffungsverfahren
durch Verbrennung während des Verpuffungsvorganges freigemacht werden. Auch der
Spülluftüberschuß, d. h. diejenige Luftmenge, welche nicht zur Aufladung der Kammer
dient, sondern mit dein Feuergasrest die Kammer verläßt, sinkt auf einen bisher
unerreichbaren Kleinstwert. Bei gegebener Zahl der Arbeitsspiele je Zeiteinheit,
bei gegebenem Druck und bei gegebener Temperatur der Ladeluft sowie bei gegebener
Kühlmitteltemperatur entspricht also die Maschinenleistung der erreichbaren Höchstleistung.
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Die Zeichnung zeigt in Abb. i das erfindungsgemäße Zündverfahren kennzeichnende
Grenzdiagramm. Die gezeigten Diagramme unterscheiden sich von den bisher üblichen
Druckzeitdiagram.men mit fortlaufender Aufzeichnung des Druckes dadurch, daß sich
ein volles Arbeitsspiel der Verpuffungskammer während des vollen Umlaufes einer
von der Steuerwelle angetriebenen Indikatortrommel abwickelt, so daß der Steuerzeitpunkt
der Fremdzündung stets an derselben Stelle des Diagrammstreifens erscheint. Der
Durchmesser der Indikatortrommel ist unverhältnismäßig groß gewählt, so daß beispielsweise
im Diagramm eine Abszissenstrecke von i i,ßmm einer hundertstel Sekunde entspricht;
die Diagramme sind an einer Verpuffungskammer von 0,075 m3 Rauminhalt entnommen
worden, welche j e Minute go volle Ärbeitsspiele durchführt.
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Das Diagramm zeigt zunächst bei St im Zeitpunkt o Sekunden den Steuerzeitpunkt
des Fremdzünders. Man erkennt nun, daß das zeitlich als erstes erscheinende Diagramm
i einen Druckanstieg in der Verpuffungskammer wiedergibt, der -,5hundertstel Sekunden
vor dem Fremdzündungszeitpunkt seinen sichtbaren Anfang nimmt. Es handelt sich also
um eine Verpuffung, die durch
Selbstzündung eingeleitet worden ist.
Aber noch in den Druckanstieg i' fällt die durch Ansteuerung des Fremdzünders bewirkte
Fremdzündung, so daß nach Diagramm i das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verwirklicht
worden ist, daß der Einwirkung des gesteuerten Fremdzünders ein Gemisch unterworfen
worden ist, welches im Fremdzündzeitpunkt die Selbstzündungsgrenze gerade überschritten
hat. Der Diagrammverlauf beweist dabei unmittelbar die Fortschrittlichkeit des neuen
Verfahrens; man erkennt aus dem steilen und fast geradlinigen Verlauf des Druckanstieges
i' sowie aus der fast waagerechten Sattellinie i" des Diagramms, daß noch im Verlaufe
des Druckanstieges nahezu der gesamte Brennstoffgehalt des Gemisches und damit das
Gemisch als solches verbrannt worden ist; das beweist unmittelbar das Vorliegen
eines Verpuffungswirkungsgrades von über go °/o. Demgegenüber zeigt das Diagramm
2 einen Druckanstieg 2', der (infolge des Zündverzuges) seinen sichtbaren Anfang
bei 2,5hundertstel Sekunden hinter dem Fremdzündzeitpunkt St nimmt. An dem Diagrammverlauf,
insbesondere an dem sehr steil und gerade verlaufenden Druckanstieg 2' sowie an
der fast waagerechten Sattellinie 2" erkennt man, daß beim Zustandekommen der durch
das Diagramm wiedergegebenen Verpuffung nicht nur Fremdzündungen, sondern vor allem
auch Selbstzündungen beteiligt waren. Es wurde nämlich der Fremdzünder auf ein Gemisch
zur Wirkung gebracht, das die Selbstzündungsgrenze erreicht hatte, so daß bereits
während der Drucksteigerung 2' Selbstzündungen in den von der Zündfläche des Fremdzünders
etwas entfernter liegenden Gemischteilen auftraten.
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Man erkennt aus Abb.. i schließlich, daß Diagramme, deren Druckanstieg
zwischen den Diagrammästen i' und 2' liegt, stets Verpuffungen entsprechen, die
durch Fremd- und Selbst- oder durch Selbst- und Fremdzündungen eingeleitet wurden.
Sämtliche auf Grund derartiger Mischzündungen entstandenen Verpuffungen weisen den
erfindungsgemäß erstrebten Fortschritt der nahezu vollkommenen Verbrennung des gesamten
Brennstoffes noch während des Druckanstieges auf.
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Die Herstellung des Zustandes, bei dem das Gemisch im Fremdzündzeitpunkt
die Selbstzündgrenze erreicht oder gerade überschritten hat, erfolgt dabei durch
Zufuhr von Wärme zum Gemisch oder zu seinen Bestandteilen. Zur Verfügung steht vor
allem die Restwärme aus voraufgegangenen Verpuffungen. Gleichgültig jedoch, woher
die auf das Gemisch oder seine Bestandteile zu übertragende Wärme beschafft wird,
ist die auf das Gemisch oder seine Bestandteile zu übertragende Wärmemenge geregelt
zuzuführen, um zu erreichen, daß im Fremdzündzeitpunkt die Selbstzündungsgrenze
erreicht oder gerade überschritten ist; würden auf das Gemisch oder auf seine Bestandteile
ungeregelte Wärmemengen zur Wirkung gebracht werden, so würde entweder der diesen
Bedingungen entsprechende Aufbereitungszustand .des Gemisches noch nicht erreicht
werden, so daß reine Fremdzündungen .mit ihren Nachteilen auftreten, oder es würde
.der erforderliche Aufbereitungszustand so wesentlich überschritten werden, daß
reine Selbst-, vielleicht sogar Frühzündungen entstehen würden. Ganz besonders bedarf
es einer Regelung der auf das Gemisch oder seine Bestandteile _ zur Wirkung zu bringenden
Wärmemengen, wenn die Restwärme aus vorhergehenden Verpuffungen übertragen werden
soll. Denn diese Rest*ärme unterliegt -insbesondere infolge Veränderung der zugeführten
Brennstoffmengen - erheblichen Schwankungen, welche auszugleichen sind. Es bildet
eine weitere Erkenntnis vorliegender Erfindung, daß gerade diese Schwankungen der
Restwärme in vollkommener Weise dadurch ausgeglichen werden können, daß man den
Verdrängungsvorgang der Restfeuergase bei der vorhergehenden Verpuffung verändert;
,insbesondere wird eine Änderung des Verdrängungsvorganges während des Betriebes
vorgeschlagen. Die möglichen Veränderungen des Verdrängungsvorganges können dabei
in der mannigfachsten Weise bewirkt werden. Als besonders einfach hat sich die Beeinflussung
der übergehenden Restwärmemengen dadurch erwiesen, daß der für die Restgasverdrängung
maßgebende engste Austrittsquerschnitt der Restgase während des Betriebes geändert
wird. Es kann aber auch gleichzeitig mit dieser Änderung oder für sich allein die
Zeitdauer der Restgasverdrängung geändert werden. Durch Veränderung dieser beiden
Zustandsgrößen ändert sich nämlich die in der Verpuffungskammer eingeschlossene
Gasmenge, die durch Berührung mit dem zündfähigen Gemisch zu Selbstzündungen desselben
Anlaß gibt. Je größer dieser Gasrest ist, desto stärkere Einflüsse werden je Zeiteinheit
auf den Aufbereitungszustand des Gemisches ausgeübt, so daß man beispielsweise ein
Absinken der zur Übertragung zur Verfügung stehenden Restwärmemengen, das infolge
verhältnismäßig geringer Brennstoffzufuhr entsteht, dadurch ausgleichen kann, daß
man beim nächsten Spiel der Verpuffungskammer eine größere Gasmenge einschließt;
das erreicht man entweder durch Verkleinerung des Austrittsquerschnittes für die-
Restfeuergase oder durch Verkleinerung der Verdrängungszeit oder durch beide Maßnahmen
zusammen,
wobei sich ohne weiteres eine Durchführungsmöglichkeit beider Maßnahmen während
des Betriebes der Verpuffungskammer ergibt. Ist umgekehrt die Restgaswärme aus der
vorhergehenden Verpuffung zu groß, so kann man den unerwünscht übermäßigen Einfluß
auf das Gemisch dadurch ausgleichen, daß man den in der Verpuffungskammer eingeschlossenen
Gasrest durch Eröffnung größerer Auslaßquerschnitte oder durch Vergrößerung der
Verdrängungszeit oder durch beides verkleinert.
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In den weiteren Abbildungen der Zeichnung sind diese Verhältnisse
veranschaulicht. Sank bei dem bisher üblichen Verfahren mit reiner Fremdzündung
des Gemisches der Wärmeinhalt der Restfeuergase, die sogenannte Restwärme, unter
einen gewissen Betrag, was beispielsweise dadurch entstehen konnte, daß bei einem
gewissen Belastungszustand der Verpuffungskammer bzw. der Verpuffungsbrennkraftturbine
verhältnismäßig geringe Brennstroffmengen in die Verpuffungskammer eingeführt wurden,
so daß also mit geringer Wärmetönung gearbeitet werden maßte, so sank die Leistung
nicht nur entsprechend der verringerten Brennstoffmenge, sondern wesentlich stärker.
Die Ursache lag darin, daß die Restwärme in keiner Weise genügte, um das Gemisch
oder seine Bestandteile bis zum Fremdzündzeitpunkt so aufzubereiten, daß eine einigermaßen
vollkommene Verpuffung entstand. Es verbrannte vielmehr während des Druckanstieges
nur ein verhältnismäßig geringer Teil des Brennstoffes, während ein unverhältnismäßig
großer Teil entweder nachverbrannte oder als Unverbranntes mit den Ausströmgasen
die Verpuffungskammer verließ. Die so hervorgerufene ungenügende Aufschließung und
mangelhafte Zündbereitschaft des Gemisches führte dabei zu Diagrammen, wie sie in
Abb.2 der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht werden.
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Ebenso war es möglich, daß die Wärmetönung der vorhergehenden Verpuffung
oder der vorhergehenden Verpuffungen größer wurde, .als zur Erzielung eines genügenden
Aufbereitungszustandes des Gemisches erforderlich war. Es wurden ,zwar schnell ablaufende
Verpuffungen mit ziemlich steilem Druckanstieg erhalten; durch starkes und Lang
andauerndes Nachbrennen während der Sattelzeit, das sich nur in einem Aufheizen
der Kammerwände, nicht aber in der Erhöhung des Druckes der erzeugten Verbrennungsgase
auswirkte, entstanden Diagramme, deren charakteristischer Verlauf durch den Diagrammzug
3 in Abb. 3 wiedergegeben ist. Um denVergleich mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten
Diagramm zu ermöglichen, ist in Abb. 3 nochmals das Diagramm i nach Abb. i aufgenommen
worden, so daß man sofort die erfindungsgemäß verwirklichte Erhöhung des Druckes
der Feuergase und die Vergrößerung der Diagrammfläche, also die Vergrößerung der
mit höherem Wirkungsgrad aasnutzbaren Arbeit erkennen kann; denn die in die Kammerwandungen
und damit auf das Kühlmittel übergehende Wärmemenge kann nur mit dem geringeren
Wirkungsgrad der Abwärmeverwertungsverfahren in Arbeit umgesetzt werden.
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Es war bereits erwähnt worden, daß es mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen
möglich geworden ist, unabhängig von der Wärmetönung des in den Verpuffungskammern
zu verbrennenden Gemisches den Wirkungsgrad des Verpuffungsverfahrens auf große
Höhe zu bringen und ihn auf dieser großen Höhe unverändert zu halten. Erreicht wird
das durch Änderung des Verdrängungsvorganges, vorzugsweise während des Betriebes,
wobei diese Änderung des Verdrängungsvorganges in einfachster Weise durch Änderungen
des engsten Auslaßquerschnittes für die Restfeuergase oder :der Verdrängungszeit
oder beider bewirkt wird. Liegen, bildlich gesprochen, die Diagramme zu sehr auf
der Selbstzündungsseite, d. h. liegt der sichtbare Beginn der Selbstzündung etwa
mehr als 2,5hundertstel Sekunden vor dem Fremdzündungszeitpunkt, so daß also die
Selbstzündung nicht mehr unterstützt wird, Mischzündungen nicht mehr eintreten,
so wird der engste Auslaßquerschnitt vergrößert oder die Verdrängungszeit verlängert
oder beides zusammen vorgenommen. Durch diese Maßnahmen werden, wieder bildlich
gesprochen, die Diagramme in den optimalen Bereich des Zündbeginnes, etwa 2,5hundertstel
Sekunden vor und hinter dem Ansteuerungszeitpunkt des Fremdzünders, zurückverlegt,
und zwar vorwiegend dadurch, daß infolge der so bewirkten stärkeren Spülung der
in der Kammer zurückbleibende, die Zündbereitschaft des Gemisches begünstigende
und die Selbstzündung vorwiegend auslösende heiße Gasrest verkleinert wird. Verlaufen
die Verpuffungen dagegen schleichend, d. h. sind sie nicht während 2,5hundertstel
-f- 5hundertstel (ungefähre Verpuffungsdaner) = 7,5hundertstel Sekunden hinter dem
Ansteuerungszeitpunkt des Fremdzünders beendet, so wird der engste Auslaßquerschnitt
verkleinert, oder die Verdrängungszeit wird verkürzt, oder beide Änderungen werden
zur Verringerung der Spülwirkung gleichzeitig durchgeführt. Bei verringerter Spülwirkung
bleibt ein großer, heißer Gasrest in der Kammer zurück, der die Aufschließung und
Zündbereitschaft begünstigt und damit für die Verwirklichung
des
erfindungsgemäßen Verfahrens bei der nächsten Ladung sorgt.
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Abb. q. zeigt diagrammatisch den Ablauf eines Regelvorganges, der
bei der bereits erwähntenVerpuffungskammer praktisch durchgeführt worden ist. In
Abb. q. entspricht die treppenförmige Kurve q. dem engsten Querschnitt eines in
der Kammer angeordnetenAuslaßventils; als Abszisse ist die Zeit, als Ordinate .der
engste Auslaßquerschnitt in Quadratzentimeter aufgetragen. Es bezeichnet weiter
die Kurve 5 die Temperaturen der Ladeluft vor Eintritt in die Verpuffungskammer,
die Kurve 6 die mittlere Temperatur des Kühlöls für die Wandungen der Verpuffungskammer,
also das arithmetische Mittel zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur, und schließlich
die Kurve 7 die Drucksteigerungen p1, also die Verhältnisse zwischen dem po höchsten
Feuergasdruck p, nach der Verpuffung zum Gemischdruck p1 vor der Verpuffung. Die
Abszisse ist eingeteilt in drei Bereiche: einen Bereich a mit einer bestimmten Förderung
der Brennstoffpumpe. Im Bereiche b ist :diese Förderung der Brennstoffpumpe gegenüber
der Förderung im Bereiche a erhöht worden, und eine noch größere Förderung der Brennstoffpumpe
ist im Bereiche c verwirklicht worden. Es entsprechen also die Diagrammfelder
a, b und c drei Regulierungszuständen mit wachsender Wärmetönung der in der
'Verpuffungskammer entzündeten bzw. verbrannten Gemische. Schließlich ist unterhalb
des Diagramms verdeutlicht worden, welche Zündart während der verschiedenen Regulierungszustände
herrscht; zu unterscheiden ist eine Zündart, bei der die Zündung durch den Fremdzünder
eingeleitet, aber durch Selbstzündungen unterstützt wird; diese Zündart ist durch
von oben rechts nach unten links verlaufende Schraffur verdeutlicht worden. Bei
der zweiten Zündart wird das Gemisch durch Selbstzündungen entzündet; aber in den
Ablauf der so eingeleiteten Verpuffung fällt der Fremdzündzeitpunkt. Diese Zündart
ist durch Kreuzschraffur verdeutlicht worden.
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Man erkennt aus dem Diagramm, daß während des Regulierungszustandes
a in der Zeit 15 Uhr und 1511 bei einem Austrittsquerschnitt für die Restgase von
etwa 11,9 cm= das Gebiet der Zündung des Gemisches durch Fremdzündung mit Selbstzündungen
während des Ablaufes der so eingeleiteten Verpuffungen herrschte; die Lufttemperatur
war etwa gleichbleibend, während sich die Kühlöltemperatur etwas erhöhte; der darauffolgende
Regulierungszustand b unterscheidet sich an äußeren Eingriffen in die Verpuffungskammer
gegenüber dem Regulierungszustand a lediglich durch Erhöhung der Wärmetönung, also
durch Vergrößerung der Brennstoffzufuhr. Dadurch wurde von 1501 an ein erhöhter
Betrag von Restwärme aus der vorhergegangenen Verpuffung auf das Gemisch der nächsten
Verpuffung übertragen. Nunmehr treten in wachsendem Maße neben der Fremdzündung
des Gemisches auch Selbstzündungen auf, wobei in den Ablauf der so eingeleiteten
Verpuffungen der Fremdzündzeitpunkt fällt. Man erkennt aus dem Ansteigen der Kurve
6 trotz Absinkens der Kurve 5 und aus der immer mehr zunehmenden Zahl die Verpuffung
einleitender Selbstzündungen die Neigung der Verpuffungskammer zur Aufheizung ihrer
Wandungen und zur Vergrößerung der Anzahl der Selbstzündungen. Würde kein Eingriff
in die Verpuffüngskammer erfolgen, so würde sich erfahrungsgemäß ein reiner Selbstzündbetrieb
einstellen, bei dem die Selbstzündungen so früh erfolgen, daß der Fremdzündzeitpunkt
später als der Ablauf der durch die Selbstzündungen eingeleiteten Verpuffung liegt;
schließlich entwickeln sich aus den reinen Selbstzündungen Frühzündungen, womit
die Störungen des Betriebs beginnen. Bisher hat man lediglich durch Einhaltung bestimmter
Verhältnisse zwischen engstem Auslaßquerschnitt für die Restfeuergase, Verdrängungszeit
und Rauminhalt der Verpuffungskammer erreichen köhnen, daß die reinen Selbstzündungen
nicht in Frühzündungen übergehen konnten; die Verpuffungskammerwurde entsprechend
gebaut bzw. das Betriebsverfahren entsprechend eingerichtet. Dagegen war eine Beeinflussung
im Betriebe undurchführbar, und es wurde sogar für gänzlich ausgeschlossen gehalten,
aus dem Gebiete der Selbstzündungen wieder in das Gebiet der Fremdzündungen zu kommen.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe jedoch gelöst worden, wie das Diagramm erkennen
läßt. Durch Vergrößerung des engsten Auslaßquerschnittes um 1511 von 11,9 auf 23,8
cm2 (s.Kurveq.) verschwinden nämlich wieder die die Verpuffungen einleitenden Selbstzündungen,
und es nehmen wieder Fremdzündungen an der Einleitung der Verpuffung teil. Auch
die Kurve 6 sinkt wieder etwas ab, ohne daß sich die Arbeitsleistung nach Kurve?
vermindert. Trotzdem um 151' die Wärmetönung im Regulierungsbereich c noch weiter
vergrößert wurde, bleibt im neuen Regulierungszustand das Gebiet der dieVerpuffungen
einleitendenFremdzündungen mit unterstützender Selbstzündung erhalten. Es gelingt
also durch Verstellung des Austrittsquerschnittes für die Restfeuergase tatsächlich,
die Zündungsart wirksam zu beeinflussen, und es wird erstmalig die Möglichkeit .geschaffen,
von einer Zündungsart
willkürlich auf die andere während des Betriebes
übergehen zu können. Erfindungsgemäß soll die so eröffnete Möglichkeit jedoch zunächst
dazu benutzt werden, um das Gebiet der Mischzündungen einzustellen und während des
Betriebes unabhängig von den wechselnden Wärmetönungen zu erhalten. Es maß nochmals
erwähnt werden, daß sämtliche in den Regulierungsbereichen a, b und c in
Abb. 4 verwirklichten Zündarten unter die erfindungsgemäß gekennzeichneten Mischzündungen
fallen, da während des Ablaufes der durch die eine Zündart eingeleiteten Verpuffungen
stets die andere Zündart zur Einwirkung auf das Gemisch gelangt. Naturgemäß ist
es mit dem neuen Verfahren ebensogut möglich, aus dem Gebiete der Mischzündungen
in das Gebiet reiner Fremdzündungen oder reiner Selbstzündungen oder aus dem Gebiet
reiner Selbstzündungen in das Gebiet reiner Fremdzündungen und umgekehrt überzugehen.
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Die erfindungsgemäßenMaßnahmen können auch dann Anwendung finden,
wenn .die einer Verpuffungskammer zugeführte Wärmemenge, insbesondere die Wärmetönung
des zugeführten Gemisches, ,zur vorübergehenden Überlastung gesteigert wird. Unter
vorübergehender Überlastung wird dabei eine Leistungssteigerung verstanden, welche
über die bei bestem Wirkungsgrad erzeugbareLeistung hinausgeht, wobei eine gewisse
Wirkungsgradverminderung - beispielsweise durch Spülluftverluste -- bewußt in Kauf
genommen wird, um die Leistung vorübergehend erheblich steigern zu können. Nach
den bisher bekanntgewordenen Zündverfahren war ein derartiger Betrieb undurchführbar,
weil es nicht möglich war, die durch die vorhergehenden Verpuffungen erzeugte Restwärme
zu verändern. Man maßte also die Zustandsgrößen, welche die Übertragung der Restwärme
an das frische Gemisch oder seine Einzelbestandteile bestimmten, stets so bemessen,
wie es für den Betrieb mit bestem Wirkungsgrad erforderlich war. Infolge der dann
aber eintretenden reinen Selbst- und Frühzündungen konnte die Leistungserhöhung
nur auf so.kurze Zeit bewirkt werden, daß sie praktisch nicht aasnutzbar war. Erfindungsgemäß
ist nun die Möglichkeit zu lediglich durch die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsverfahrens
zeitlich begrenzten übermäßigen Leistungssteigerungen eröffnet worden.
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Es liegt im Wesen vorliegender Erfindung, daß die zur Veränderung
der Restwärme vorgeschlagenen Maßnahmen nicht nur zur Einstellung und Durchführung
des neuen Zündverfahrens dienen können. So kann man beispielsweise dieselben Maßnahmen
anwenden, um die Zündung des Gemisches mit reinen Selbstzündungen zu bewirken, ohne
die Gefahr von Frühzündungen in Kauf nehmen zu müssen. Auch die Aufrechterhaltung
des günstigsten Zündungszustandes des Gemisches in der Verpuffungskammer, also die
Herstellung der Unabhängigkeit des Zündzustandes von der Wärmetönung der zur Verpuffung
gelangenden Gemische, ist nicht an die Verwirklichung des neuen Zündverfahrens gebunden;
es liegt im Wesen des Erfindungsgedankens, daß die gemäß demselben vorgeschlagenen
Maßnahmen auch zur Aufrechterhaltung von Zündungszuständen Anwendung finden können,-
die dem neuen Zündverfahren nicht entsprechen. Weiterhin ist die erfindungsgemäß
gewährleistete Überlastung der Verpuffungskammern auch dann zu verwirklichen, wenn
abweichende Zündverfahren Anwendung finden; auch dann wird der Erfindungsgedanke
nicht verlassen. Schließlich ist zu bemerken, daß die angegebenen Zahlenwerte in
keiner Weise den Erfindungsgedanken abschließend kennzeichnen; sie sind nur zufällig
bei der im Ausführungsbeispiel * behandelten Verpuffungskammer verwirklicht gewesen.