<Desc/Clms Page number 1>
Brennkraftmaschinenanlage.
Es ist bekannt, die Leistung von Brennkraftmaschinen dadurch zu steigern, dass nach oder schon während der Verbrennung oder nach der Verpuffung einer sonst normal arbeitenden Brennkraftmaschine eine zusätzliche Menge Pressluft und Brennstoff unter dem Verbrennungs- oder Verpuffungsdrueke zugeführt wird, so dass eine grössere Füllung und damit eine grössere Diagrammfläehe erreicht wird.
Diese Maschinen können in zwei Gruppen eingeteilt werden :
EMI1.1
Zylinders in einer diesem vorgeschalteten Mischkammer erfolgt.
Die Verfahren der ersten Gruppe sind nur für langsam laufende Maschinen verwendbar, da die Verdampfung, Ölgasbildung und Diffusion des Brennstoffes, die der Verbrennung vorausgehen müssen. eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen, die zur Erreichung einer guten Wärmeausnutzung nur einen Bruchteil der Ausdehnungsdauer betragen darf. Ein Betrieb mit zusätzlicher Einführung von verdichtetem.
Gasgemisch liefert überhaupt unbrauchbare Ergebnisse.
Bei den Maschinen der zweiten Gruppe handelt es sich darum, Rückzündungen in der dem Verbrennungszylinder vorgeschalteten Mischkammer zu vermeiden. Es wurden z. B. zwischen Einlassventil und Misehkammer Drahtgitter eingelegt, die durch Wärmeabführung ein Durchschlagen der Flamme verhindern sollten. Dieses Gitter nutzte jedoch nur ganz kurze Zeit, nämlich nur solange als
EMI1.2
dieses Problems für den Gasmasehinenbau sehr wertvoll wären, da bereits in der Mischkammer ein vollkommenhomogenes, gut brennbares Gemisch gebildetwerdenkann, wodurch die Zeit der Verbrennung im Zylinder beliebig herabgesetzt wird, so dass also aus diesem Grunde der Drehzahl weite Grenzen gesetzt sind.
Auch das bei langsam laufenden Dieselmaschinen unvermeidliche Nachbrennen und die damit verbundene schlechte Wärme ausnutzung wird vermieden, da die Mischung in der Misehkammer so gut durchgeführt werden kann, dass jedes einströmende Brennstoffmolekül sofort seinen nötigen Sauerstoff vorfindet.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Verbrennung bei den Maschinen der zweiten Gruppe störungsfrei durchzuführen. Die Erfindung besteht in der Anwendung der bereits in der Feuerungsund Beleuchtungstechnik bekannten Erscheinung, dass nämlich bei einer Gasflamme ein richtiges Brennen nur dann erreicht wird, wenn die Ausströmungsgesehwindigkeit des brennbaren Gemisches aus der Düse, vor der die Flamme entstehen soll, mit der Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemisches übereinstimmt. Ist die Ausströmgeschwindigkeit kleiner, so tritt Rückschlagen der Flamme in die Mischkammer ein, ist sie um vieles 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, muss man dafür Sorge tragen, dass in jedem Zeitteilchen die Ein- trömgeschwindigkeit des Gemisches grösser oder höchstens gleich seiner Verbrennungsgeschwindigkeit ist. Grösser als zum sicheren Betriebe notwendig, darf man die Strömungsgeschwindigkeit aus zwei Gründen nicht machen.
Erstens müsste dazu das Gasgemisch unnötig hoch über den Verbrennungsdruck verdichtet
EMI1.3
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
erreicht, von denen das letzte, das den unmittelbaren Abschluss gegen den Zylinder bildet, ein selbst- ; ätiges Druekminder-oder Drosselventil ist, das in jedem Augenblicke den zur Erzeugung der richtigen Strömungsgeschwindigkeit nötigen Überdruck des brennbaren Öldampfluft- oder Gasluftgemisches zeigen den Verbrennungsdruck im Zylinder herstellt. Dieses Ventil kann wie jedes selbsttätige Druckminderventil ausgebildet sein, z. B. als selbttätiges federbelastetes Tellerventil, bei dem sich die Federbelastung zwecks genauer Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit verändern lässt.
Die Federbelastung dient hier nicht zum rechtzeitigen Schliessen des Ventiles, sondern zur Erreichung des nötigen Überdruckes. Um jedoch Beginn und Abschluss der Einströmung des Brenngasgemisches in den Zylinder überhaupt steuern zu können, ist noch ein gesteuertes Einlassventil vorhanden, das dem Drosselventil vorgeschaltet ist. Durch das gesteuerte Einlassventil allein wäre ein gleichbleibender Überdruek und damit die richtige Strömungsgeschwindigkeit nicht erreichbar.
In Fig. l ist die Anwendung des Erfindungsgedankens an einer im Zweitakt arbeitenden Diesel- kraftmaschinenanlage mit Leistungssteigerung durch Einblasen eines zusätzlichen Öldampfluftgemisches am Ende oder während der normalen Verbrennung gezeigt.
In Fig. l bedeuten : D eine Hilfsdieselmaschine, LK einen Verdichter für die Erzeugung der zur Bildung des Öldampfluftgemisches nötigen Pressluft, SP eine Spülpumpe zur Erzeugung der Spülluft ffir die Hauptdieselmaschine, tu einen Überhitzer zur Vorwärmung der Pressluft mit den Abgasen der beiden Brennkraftmaschinen, MI (die Mischkammer, in der durch Brennstoffeinspritzung mittels einer Düse d das Öldampfluftgemiseh erzeugt wird, A die mit Leitungssteigerung arbeitende Hanptdieselmaschine, deren Kolben eine Welle Wantreibt, von der die Leistung abgenommen wird, Vd das Drossel-oder Druckminderventil zur Erzeugung der nötigen Einströmgeschwindigkeit und Ve das gesteuerte,
dem Ventile Vd vorgeschaltete Einlassventil für das Öldampfluftgemisch.
Der Arbeitsvorgang ist nun folgender :
Steht der Kolben der Maschine A in der gezeichneten Stellung, so hat gerade die normale Verbrennung begonnen, indem durch Düse d Brennstoff eingespritzt wird, entsprechend Punkt 2 in Fig. 2.
Von Punkt 2 bis 3 erfolgt normale Verbrennung bei gleichbleibendem Druck wie beim Dieselverfahren, im Punkte 3 hört die Ölzufuhr durch die Düse d auf und es wird das Einlassventil Ve durch die Steuerwelle geöffnet. Das Ventil Vd öffnet sieh aber erst dann, wenn der zur Erreichung der richtigen Einströmgeschwindigkeit nötige Überdruck vor dem Ventil gegenüber dem Gasdruck im Zylinder entstanden ist. Von diesem Momente an erfolgt Einströmen dieses Gemisches aus der Mischkmamer MI", wobei es sich sofort an den heissen Gasen im Zylinder entzündet ; hierauf folgt seine Verbrennung bis zum Punkte 4 des Diagramms in Fig. 2.
Jetzt schliesst das Einlassventil Ve und es beginnt die Ausdehnung, die bis zum Punkte 5 dauert, worauf sich Auslass und Spülung über die Diagrammpunkte 5, 6, 7, 8 in normaler Weise vollziehen. Vom Punkte bis 1 kann noch ein Teil der Ladeluft ausgeschoben werden, um die Verdichtungsarbeit und die Arbeitsfläche, die das reine Dieselverfahren entsprechend der strichlierten Linie im Diagramm ergeben würde, zu verkleinern, die Zusatzleistung aber zu vergrössern.
Dazu ist natürlich zur Erreichung normaler Verdichtung ein entsprechend kleinerer schädlicher Raum zu verwenden.
Die Erfindung ist sinngemäss auch auf eine im Viertakt arbeitende Dieselmaschine oder eine im Zweitakt oder Viertakt arbeitende Gasmaschine mit zusätzlicher Öldampfluft- oder Gaslufteinführung anwendbar.
Man kann auch bei dem in Fig. 1 gezeichneten Zylinder A die Spülschlitze ganz weglassen, also auf eine Spülung und die normale Dieselleistung verzichten, indem man die Abgase durch Auslassventil Va ausschiebt und bloss das Öldampf- oder Gasluftgemisch aus der Mischkammer zur Arbeitsleistung heranzieht. In diesem Falle kann die Zündung durch die hohe Temperatur der entsprechend verdichteten Abgase oder durch ein bekanntes Zündmittel (elektrischer Funke, Glühkopf oder Glührohr usw.) eingeleitet werden. Die Maschine arbeitet dann wie eine mit Pressluft beschickte Druckgaskraftmaschine mit durch die Verbrennung vergrösserter Diagrammfläche.
In Fig. 3 ist der Erfindungsgedanke auf eine mit einem Gasluftgemisch arbeitende Brennkraftmaschine angewendet. Dabei bedeuten :
D die Hilfsdieselmasehine, LK den Luftverdiehter, LU den Luftüberhitzer, ME die Mischkammer wie in Fig. 1 und A den nach Art eines Dampfzylinders mit verdichtetem Gasluftgemisch beschickten
EMI2.2
Der Arbeitsvorgang ist ähnlich wie in Fig. 1. In der gezeichneten Stellung des Kolbens imZylinderA öffnet das Einlassventil Ve, das Gasluftgemisch strömt aus der Mischkammer durch das gesteuerte Ventil Ve und das Drosselventil Vol (wens der zur Erreichung der richtigen Einströmgeschwindigkeit nötige Überdruck vor dem Ventil gegenüber dem Gasdruck im Zylinder A vorhanden ist), zündet sich an den hochverdichteten Abgasen oder durch eine besondere Zündvorrichtung und verbrennt unter gleichbleibendem Drucke bis zum Schlusse des Einlassventiles Ve ; dann erfolgt normale Ausdehnung und Auslass durch
<Desc/Clms Page number 3>
Ventil Va usw.
Luft und Gas werden gesondert in den entsprechenden Verdichtern LK und GK verdichtet, in den Überhitzern LÜ und GÜ getrennt überhitzt und strömen dann je über ein Rück-
EMI3.1
eine gute Durchmischung erzielt wird. Die Mischkammer kann bei langsam laufenden Maschinen auch zwischen die Ventile Vd und Ve verlegt werden, in welchem Falle zwei Einströmventile Ve, eines für Luft und eines für Gas zu verwenden sind.
Diese Anlagen sind überall dort, wo auf eine Veränderung des Drehmomentes Wert gelegt werden muss, also insbesondere bei Fördermaschinen, Walzenzugsmaschinen, Lokomotiven, Schiffen, Automobilen usw. verwendbar. Die Steuerung der Maschine muss derart eingerichtet sein, dass sie beim Anfahren mit grossen Füllungen bis ungefähr 80 v. H. arbeiten kann, um ein möglichst gleichbleibendes Anfahrmoment in allen Kurbelstellungen zu sichern. Die Regelung der Füllung erfolgt durch eine entsprechende Steuerung des Einlassventiles Ve, u. zw. bis zu Füllungen von 50 v. H. des Hubes.
Die Hilfsdieselmaschine D, die den Luftverdiehter LK, den Gasverdichter GK und die Spülpumpe SP und gegebenenfalls noch andere Hilfsbetriebe antreibt, läuft dauernd durch. Ihre Energie dient hauptsächlich dazu, den grössten Teil der Verdichtungsarbeit, die andernfalls im Zylinder A geleistet werden müsste, zu übernehmen. Die in dieser Hilfsmasehine aufgewendete Energie kommt also mit einem gewissen Übertragungswirkungsgrad (ungefähr 40 bis 70 v. H.) an der Maschinenwelle W der Hauptmaschine zu nutzbringender Wirkung, während ausserdem die Abgase der Hilfsmaschine D gemeinsam mit den Abgasen der Hauptmaschine in den Überhitzern Ü, LU, GÜ ausgenutzt werden.
Selbstverständlich werden zur Verbesserung der beschriebenen Arbeitsspiele 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 ohne Pressluftzerstäubung erfolgen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschinenanlage mit einer nach dem Gleichdruck-oder Verpuffungsverfahren im Zwei-oder Viertakt arbeitenden Hauptmaschine und einer Hilf8brellnkraftmaschine für den Betrieb von Luftverdichter, Spülpumpe und gegebenenfalls Gasverdichter, bei welcher Anlage im Verbrennungszylinder der Hauptmasehine ein brennbares, hochverdichtetes, ausserhalb dieses Zylinders gebildetes und vorgewärmtes Oldampfluft-oder Gasluftgemisch an den heissen Zylinderwandungen oder an den im Zylinder befindlichen heissen Verbrennungsgasen einer vorhergegangenen, die Verbrennung einleitenden normalen Öleinspritzung entzündet wird, um hierauf während der Verbrennung und Ausdehnung Arbeit zu leisten, dadurch gekennzeichnet,
dass man zur Vermeidung der Rüekzündungen nach der Mischkammer dieses Oldampfluft-oder Gasluftgemisch in jedem Zeitteilehen mit einer Ge- schwindigkeit in den Verbrennungszylinder (A) strömen lässt, die grösser oder gleich der Verbrennungsgeschwindigkeit des Brennstoffluftgemisches ist.