DE568137C - Verfahren und Einrichtung zum Anfahren von Diesellokomotiven - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Anfahren von Diesellokomotiven

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DE568137C
DE568137C DEH129137D DEH0129137D DE568137C DE 568137 C DE568137 C DE 568137C DE H129137 D DEH129137 D DE H129137D DE H0129137 D DEH0129137 D DE H0129137D DE 568137 C DE568137 C DE 568137C
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DE
Germany
Prior art keywords
compressed air
fuel
combustion
fuel pump
control arrangement
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Expired
Application number
DEH129137D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Heinrich Triebnigg
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Humboldt Deutzmotoren AG
Original Assignee
Humboldt Deutzmotoren AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE568137C publication Critical patent/DE568137C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  • Verfahren und Einrichtung zum Anfahren von Diesellokomotiven Die Erfindung bezieht sich auf Diesellokomotiven mit unmittelbarer Verbindung zwischen Motor und Treibachsen, bei denen das Anfahren aus dem kalten Ruhezustand durch Druckluft-Brennstoffverbrennungen vorgenommen wird. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um die Verbrennungsvorgänge der wachsenden Geschwindigkeit beim Anfahren anzupassen und den Druckluftverbrennungsbetrieb störungsfrei in den reinen Dieselbetrieb überzuleiten.
  • Das Verfahren beruht auf der Feststellung, daß beim Druckluftverbrennungsbetrieb, bei dem gleichzeitig während einer gewissen Strecke des Kolbenvorganges Druckluft und Brennstoff eingeführt und letzterer an einer Zündvorrichtung verbrannt wird, andere Anforderungen an die Art der Brennstoffzuführung gestellt werden müssen als beim normalen Dieselbetrieb. Bei den Druckluftverbrennungen muß der auf den genzen Bereich der Druckluft zugeführte Brennstoff mit möglichster Streuung, aber geringer Durchschlagskraft eingespritzt werden. Eine zu starke Durchschlagskraft würde mit Rücksicht darauf, daß die ersten Verbrennungen mit geringerem als dem normalen Verdichtungsdruck ausgeführt werden, bewirken, daß der Brennstoff wegen des geringen Luftwiderstandes und der geringen Kolbengeschwindigkeit an die Zylinderwandung geschleudert wird, bevor er zur Verbrennung gelangt, und dann zum Teil unverbrannt an den Zylinderwandungen entlang laufen kann. Erreicht wird eine solche Einspritzung mit starker Streuung und geringer Durchschlagskraft beispielsweise durch eine Dralldüse unter Verwendung geringen Einspritzdruckes. Auch aus dem Grunde darf der Einspritzdruck nicht zu hoch sein, weil die Brennstoffsäule nach jeder Einspritzung entlastet wird, um ein Nachtropfen zu verhindern, undvor j ederEinspritzung also von neuem auf den Einspritzdruck gebracht wird, wozu wegen der Kompressibilität des Öles ein um so größerer Kurbelwinkel gehört, je höher der Einspritzdruck ist. Auch braucht bei den Druckluftverbrennungshüben die Durchschlagskraft nicht so groß zu sein, um den Brennstoff den entfernteren Luftteilchen zuzuführen, weil die Verbrennungsluft nicht als Vorrat vorhanden, sondern mit dein Brennstoff in dessen Nähe eingeführt wird. Bei den normalen Dieselverbrennungen ohne Druckluft muß dagegen die Brennstoffeinspritzung diejenige Durchschlagskraft haben, die sich aus der gegebenen Form des Verbrennungsraumes ergibt, und die stark genug bemessen sein muß, um alle Teile des in diesem Falle an sich nicht stark durchwirbelten Luftraumes zu erfassen zwecks Sicherung günstigster Brennstoffausnutzung und geringen Luftüberschusses. Diese hohe Durchschlagskraft erfordert im allgemeinen einen höheren Einspritzdruck, als er aus den oben angeführten Gründen für die Druckluftverbrennungen erwünscht ist.
  • Gemäß der Erfindung werden daher zwei verschiedene Systeme für die Brennstoffeinspritzungen angewandt, ein erstes für , die Druckluftverbrenn.ungen, das mit geringerer Durchschlagskraft den Brennstoff fein verteilt, ein zweites für den normalen Dieselbetrieb, das mit geringerer Streuung dem Brennstoffstrahl größere Durchschlagskraft erteilt, und zwar wird man vorteilhaft die Ein- und Ausschaltung der beiden Brennstoffpumpensysteme mit dem Hauptsteuerhebel in Verbindung bringen, der den Eintrittswinkel der Druckluft und damit auch der Druckluftverbrennung bestimmt. Die Verbindung dieser Organe wird so hergestellt, daß beim Ingangsetzen der kalten, ruhenden Maschine, bei der die Druckluftverbrennung auf dem größten Kurbelwinkel, beispielsweise zoo°, erfolgt, zunächst nur das erste System eingeschaltet ist, und daß bei Weiterbewegung des Hauptsteuerhebels mit fortschreitender Geschwindigkeit der :Maschine sowohl der Zutrittswinkel der Druckluft als auch der Einspritzwinkel des Brennstoffes vermindert wird bis zu einem gewissen Punkt, wo nunmehr das zweite Brennstoffsystem eingeschaltet wird. Bei weiterer Verminderung des Eintrittswinkels der Druckluft wirken nun beide Systeme zusammen, wobei der Einspritzwinkel bzw. die Einspritzmenge des ersten Systems immer weiter vermindert, die Einspritzmenge des anderen Systems immer mehr vergrößert wird, bis bei Erreichung einer gewissen Geschwindigkeit der Lokomotive mit reinen Dieselverbrennungen zunächst noch mit Luftladung, dann ohne diese gearbeitet werden kann, in welchem Zustand sowohl die Druckluft als auch das erste Brennstoffpumpensystem ganz abgeschaltet werden kann. Hierbei ist allerdings eine Einschränkung insofern zu machen, als es sich empfiehlt, auch bei Absperrung der Druckluft durch die Düsen des ersten Brennstoffsystems bei jedem Hub noch kleine Brennstoffmengen einzuspritzen, um das Zusetzen der Düsen zu verhindern. Es ist ferner zu bemerken, daß der Hauptsteuerhebel nicht allein maßgebend ist für die jeweilig zugeführte Druckluftmenge, daß vielmehr noch ein Luftdrosselorgan eingeführt werden muß, um einesteils die Zugkraft der Lokomotive der zu beschleunigenden Masse anzupassen, anderseits bei großem Lufteintrittswinkel erst mit niedrigem Druck anzufahren und eist bei Verminderung des Lufteintrittswinkels mit steigender Lokomotivgeschwindigkeit den Druck allmählich auf den vollen Verdichtungsdruck des Dieselbetriebes zu steigern. Einspritzbrennkraftmaschinen mit mehreren Brennstoffdüsen in einem Verbrennungsraum sind bekannt. Hierbei handelt es sich aber um Brennstoffdüsen gleicher Konstruktion und Betriebseigenschaften, die über einer bestimmten Belastung gemeinsam und unter dieser Belästung nur zum Teil betrieben werden.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
  • Abb. x enthält ein Fahrdiagramm zur Darstellung der Stellung der verschiedenen Steuerorgane in Abhängigkeit von der fortschreitenden Geschwindigkeit. Abb. 2 zeigt eine schematische Ausführungszeichnung eines Maschinenzylinders mit den zugehörigen Steuerorganen.' In Abb. x stellt die Linie a die Größe des im Kurbelkreis gemessenen Eintrittswinkels der Druckluft dar,- beginnend mit zoo° bei der Anfangsgeschwindigkeit o und endigend mit o° bei Erreichung einer Geschwindigkeit von 5o km/Std. Die Linie b bedeutet die Einspritzdauer des Brennstoffes des ersten Brennstoffpumpensystems, gleichfalls gemessen in Graden des Kurbelkreises. Sie beträgt bei der Anfangsgeschwindigkeit o auch zoo° und endet mit ungefähr g° bei einer Geschwindigkeit von 4o km. 'Der Einspritzwinkel von 5 ° wird während der ganzen Fahrtdauer aufrechterhalten, um ein Verschmutzen der Düse zu verhindern. Die Linie c bedeutet den Zuführungsdruck der Druckluft, die bei der Anfangsgeschwindigkeit o etwa 15 at beträgt und bei einer Geschwindigkeit von etwa 5o km 40 at erreicht. Ferner zeigt die Linie d den Beginn und die Dauer der Brennstoffeinspritzung des zweiten Brennstoffpumpensystems.
  • Aus dem Diagramm ist erkennbar, daß die Linien a und b bei einer Geschwindigkeit von etwa 25 km/Std. eine Unstetigkeit aufweisen. Diese ist auf den Beginn des Arbeitens des zweiten Brennstoffpumpensystems zurückzuführen. Die Linie d zeigt bei etwa 4o km/Std. ihren Höhepunkt. Hier hört die Einspritzung des ersten Systems im wesentlichen auf. Es vollzieht sich von 4o bis zoö km der reine Dieselbetrieb, der nur mit dem zweiten System durchgeführt wird, und zwar von 4o bis 5o km mit Luftnachladung, dann ohne diese. Es wird dabei vorausgesetzt, daß der Haupthebel r in Abb. 2 nicht nur zur Schaltung der Druckluft, sondern auch zur Ein- und Ausschaltung und Regelung der beiden Brennstoffpumpensysteme dient, so daß also auch die Regelung der Brennstoffzufuhr auf der Strecke von 4o bis zoo km, auf der die Druckluft abgeschaltet ist, durch diesen Haupthebel erfolgt.
  • In der Abb. 2 ist f der Arbeitsraum eines Dieselmotorzylinders, g die Brennstoffdüse des ersten Systems, h die Brennstoffdüse des zweiten Systems, i das Druckluft-Einlaßventil und o das Luftdrosselventil in der Druckluftleitung. Der Haupthebel l verschiebt durch die Stange il die Steuermuffe i2 und steuert damit den Einspritzwinkel des Druckluftventils i. Er verschiebt ferner durch Vermittlung zweier Stirnräder und der Stangen /l und lt, die Steuermuffen g2 und h2 der Pumpen g3 und h3, die auf die Brennstoffdüsen g und lt wirken.
  • Der Bewegungsbereich des Hebels l und damit auch der Drehwinkel der beiden Zahnräder ist in der Zeichnung durch einen `'Winkel o-5o-ioo dargestellt. Hierbei bedeuten o und Zoo die beiden Endstellungen und 5o die Mittelstellung des Hebels Z und des Hebels y, an den die Stangen g1 und lal angreifen. Dargestellt ist in der Zeichnung die Mittelstellung 5o.
  • Der Unterschied der beiden Einspritzdüsen ist, abgesehen von der Dauer der Einspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse g des ersten Systems unterhalb des Ventilsitzes ein Einsatzstück mit Spiralnuten enthält, so daß der Brennstoffstrahl eine starke Streuung aufweist, während die Düse h des zweiten Systems eine einfache Mehrlochdüse ist. Ferner ist die Nadel der Düse g nur mit einer verhältnismäßig schwachen Feder belastet, während die Nadelbelastung der Düse h durch eine wesentlich stärkere Feder h3 zwecks Erzielung eines größeren Einspritzdruckes erfolgt.
  • Außer dem Hauptsteuerhebell ist noch ein Drosselhebel m vorhanden, der auf das Drosselorgan o einwirkt, um die von dem Druckluftbehälter p dem Zulaßventil zuströmende Luft zu drosseln. An geeigneter Stelle ist ferner im Zylinder noch ein Entlüftungsventil q vorgesehen. Dieses muß so gesteuert werden, daß während der ersten Diagramme unmittelbar nach dem Ingangsetzen der noch ruhenden Maschine die Zylinder vollständig entlüftet sind, um möglichst jeden störenden Gegendruck beim Kolbenrückhub zu vermeiden. In dem Maße, wie das Drosselorgan o mit fortschreitender Geschwindigkeit der Maschine gemäß der Kurve c (Abb.i) auf größeren Zuführungsdruck der Druckluft eingestellt wird, muß der Schluß des Entlüftungsventils früher erfolgen, so daß sich allmählich ein wachsender Verdichtungsdruck in der Maschine einstellt, bis bei Erreichung von 2okm/Std. mitEinsetzen deszweiten Pumpensystems und der reinen Dieselverbrennungen der volle Verdichtungsdruck erreicht ist.
  • Die Steuerung des Ventils q kann selbsttätig durch die Strömung der im Verdichtungshub durch das Ventil entweichenden Luft erfolgen. Zu diesem Zweck ist es so eingebaut, daß die durch das Ventil ausströmende Luft es zu schließen strebt, und zwar gegen einen entsprechend abgestimmten Gegendruck, der beispielsweise durch eine Feder oder durch einen Druckluftkolben erzeugt wird. Bei den ersten, ganz langsamen Kolbenhüben ist die Drosselwirkung des offengehaltenen Ventils q so gering, daß es während des Verdichtungshubes noch nicht schließt. Erst die im Totpunkt durch das Ventil i einströmende Druckluft erhöht den Druck im Zylinder plötzlich so stark, daß ein das Ventil sofort schließender Überdruck entsteht. Mit fortschreitender Geschwindigkeit des Kolbens in den nächsten Kolbenhüben vermehrt sich die Drossehvirkung der nun schneller durch das Ventil strömenden Luft derart, daß das Ventil schon früher unter Überwindung des Gegendruckes zugeschlagen wird und daher eine mäßige Verdichtungsspannung im Zylinder entsteht, bevor die Druckluft einströmt.
  • Die Abb. i läßt die unter Mitwirkung des Entlüftungsventils zustande kommenden verschieden geformten Arbeitsdiagramme in Abhängigkeit von der wachsenden Lokomotivgeschwindigkeit erkennen. Bei der Geschwindigkeit o ist der Zylinder von der Verdichtung völlig entlastet. Die Druckluftverbrennung dauert während etwa '=/3 des Kolbenhubes an, worauf eine kurze Expansionsperiode und danach Auspuff und Spülung erfolgt. Bei io km/Std. ist schon eine kleine Verdichtung, einsetzend etwa im letzten Fünftel des Kolbenhubes vor Totpunkt, erkennbar. Die Einströmung der Druckluft erfolgt entsprechend der größeren Öffnung des Drosselorgans o mit höherem Druck, die Druckluftverbrennung dauert aber nur auf einem kürzeren Kolbenweg (etwa 5o°/,) an, worauf eine entsprechend längere Expansion einsetzt. Bei 30 km/Std. findet die Verdichtung bereits im letzten Drittel des Kolbenhubes statt. Die Verbrennung erfolgt hier durch Zusammenwirken beider Pumpensysteme (gemäß den Diagrammlinien a und b in Abb. i), was aus dem spitzen Ansteigen des Diagramms erkennbar ist. Bei ,4o km/Std. ist nur noch das zweite Pumpensystem d wirksam, das Arbeitsdiagramm zeigt daher volle Verdichtungsspannung und reine Dieselverbrennung. Bei 8o km/Std. ist ebenfalls ein reines Dieseldiagramm, jedoch mit geringerer Füllung und dementsprechend mit kleinerem Flächeninhalt zu erkennen.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Anfahren von Diesellokomotiven mit unmittelbarer Kupplung von Motor und Treibachse mit Druckluftverbrennungen, gekennzeichnet durch die nacheinander erfolgende Einschaltung zweier Brennstoffpumpensysteme (g3, lt,), von denen das eine, während der Druckluftverbrennungen betätigte System (g3) mit einer geringe Durchschlagskraft mit feiner Brennstoffverteilung verbindenden Düse (g), das zweite, während der reinen Dieselverbrennungen betätigte System (lt.) mit einer größere Durchschlagskraft mit geringerer Streuung verbindenden Düse (lt) ausgerüstet ist.
  2. 2. Steuerungsanordnung für Diesellokomotiven, die nach dem Verfahren des Anspruchs z arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das den Eintrittswinkel der Druckluft bestimmende Organ (Hauptsteuerhebel l ) mit den die beiden Brennstoffpumpensysteme (g3, la3) einschaltenden Organen (g1, Al) derart verbunden ist, daß bei größtem Eintrittswinkel nur das erste System (g3) arbeitet, mit fortschreitender Verminderung des Eintrittswinkels der Druckluft allmählich das zweite System (lt,) eingeschaltet und die Brennstofförderung des ersten Systems (g3) vermindert wird.
  3. 3. Steuerungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffnocken (g2) des ersten Systems (g3) so ausgebildet ist, daß es auch bei völliger Abstellung der Druckluft noch eine gewisse Brennstoffmenge weiterfördert. q..
  4. Steuerungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem den Eintrittswinkel der Druckluft bestimmenden, mit den Brennstoffpumpensystemen (g3, A3) verbundenen Hauptsteuerhebel (L) noch ein zweites, von der Brennstoffpumpensteuerung unabhängiges Luftdrosselorgan (o) vorgesehen ist.
  5. 5. Steuerungsanordnung nach Anspruch 2 mit in dem Zylinder eingebauten Entlüftungsventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsventil .(q) durch eine Feder oder einen Druckluftkolben bis zur Schließung durch den wachsenden Gegendruck im Zylinder (f) in der Offenstellung gehalten ist.
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