DE576816C - Verfahren zum Anfahren von Diesellokomotiven mit unmittelbarem Antrieb - Google Patents

Description

• Verfahren zum Anfahren von Diesellokomotiven mit unmittelbarem Antrieb Das vorliegende Verfahren zum Anfahren von Diesellokomotiven mit unmittelbarem Antrieb des Motors auf die Achsen beruht auf der Einleitung von' Druckluftverbrennungen von der ersten Umdrehung der Dieselmaschine an.
• Die Einleitung von Druckluftverbrennungen bei Diesellokomotiven an sich ist schon vorgeschlagen worden, doch hat man bisher hierfür immer Selbstzündungen wie beim normalen Dieselbetrieb in Aussicht genommen. Das setzt aber eine vorangehende Hochdruckverdichtung und genügende Erwärmung des Zylinders voraus. Diese Bedingungen sind erst nach Erreichung einer Kolbengeschwindigkeit von etwa o,8 m/Sek. oder ungefähr =o km/Std. Fahrgeschwindigkeit erfüllt. Bis dahin mußte man daher auch bei solchen Lokomotiven mit Druckluft ohne Verbrennung fahren, was aber einen praktisch nicht unterzubringenden Vorrat an Druckluft voraussetzte. Oder man müßte mit geänderter Übersetzung oder schleifender Kupplung anfahren, was wiederum grundsätzliche Betriebsnachteile mit sich bringt.
• Bei der vorliegenden Erfindung sollen schon von der ersten Umdrehung an Druckluftverbrennungshübe ausgeführt werden, was durch Hinzunehmen einer künstlichen Zündung ermöglicht wird. Gemäß der Erfindung sollen nun diese ersten Druckluftverbrennungen so durchgeführt werden, daß eine Beschleunigung in möglichst kurzer Zeit, und zwar ohne störende Kraftstöße, erzielt wird, mit denen ein Schleudern verbunden sein würde. Diese Forderung und die Mittel zu ihrer Erfüllung werden an Hand der Zeichnungen erläutert.
• Abb. i stellt das normale Zugkraftdiagramm dar, Abb.2 ein normales Dieseldruckluftdiagramm, Abb. 2 a und 2 b die zugehörigen Tangentialdruckdiagramme je einer doppeltwirkenden Zweitakt-Zweizylinder- bzw. Dreizylinderdieselmaschine. Abb.3 und 4 sind Anfahrdiagramme gemäß der Erfindung. Abb. 3 a, 3b, 4a, 4b sind die zugehörigen Tangentialdruckdiagramme der doppeltwirkenden Zweizylinder- und Dreizylindermaschine. .
• Das bekannte Zugkraftdiagramm der Abb. i ist auf der Strecke A-B bestimmt durch die Gleichung Zmax=C'f'G, in der Z die Zugkraft, f die Reibungswertziffer, G das Reibungsgewicht und C eine Konstante bedeuten.
• Auf der Strecke B-C ist das Diagramm bestimmt durch die Gleichung in der v die Zuggeschwindigkeit, N die Leistung der Dieselmaschine und Cl eine Konstante bedeuten.
• Die Leistung der Dieselmaschine kann auch ausgedrückt werden durch die Formel: Hierin ist T die Tangentialkraft am Kurbelradius und y die Länge des Kurbelradius. Durch Einsetzen des Wertes N nach Gleichung (3) in Gleichung (2) ergibt sich: C2 ist eine Konstante, da das Verhältnis bei dem unmittelbar auf die Lokomotivräder arbeitenden Motor unveränderlich ist. In Verbindung mit Gleichung (i) wird Da nun die Beschleunigung der Zugkraft verhältnisgleich ist, so ergibt nach Gleichung (q.) die Förderung einer Anfahrbeschleunigung des Zuges in möglichst kurzer Zeit auch die Forderung möglichst großer Tangentialkraft. Anderseits besagt Gleichung (5), daß die Tangentialkraft eine durch die Abmessungen (Gewichte) der Lokomotive bestimmte Größe nicht überschreiten darf, wgnn kein Schleudern stattfinden soll. Da also jede Unterschreitung von Tmax eine Verminderung der Beschleunigung, jede Überschreitung ein Schleudern bewirkt, so muß auf der ganzen der Beschleunigung dienenden Anfahrstrecke die Tangentialkraft eine möglichst gleichbleibende, den geringsten Schwankungen ausgesetzte Größe sein, um größte Beschleunigung unter Vermeidung des Gleitens zu erreichen.
• Legt man nun zum Anfahren- der Dieselmaschine ein Druckluftverbrennüngsdiagramm mit der normalen Betriebsverdichtung von etwa 33 at und eine Gleichdruckverbrennung und 2o°/, Füllung zugrunde, so ergeben sich gemäß Abb. 2a für eine doppeltwirkende Zweizylinder-Zweitaktmaschine die Tangentialdrucklinien T,1 bis T" der einzelnen Zylinderseiten und die zusammengesetzte Tangentialdrucklinie T; ebenso nach Abb. 2b für eine doppeltwirkende Dreizylinder-Zweitaktmaschine die einzelnen Tangentialdrucklinien T,1 bis T", und die zusammengesetzte (resultierende) Tangentialdrucklinie T.
• Man erkennt also, daß durch eine solche Druckluftverbrennung zwar ein sehr volles Diagramm, das an Flächeninhalt dem normalen Dieseldiagramm überlegen ist, zu gewinnen ist, daß aber die oben aufgestellte Forderung eines möglichst gleich hohen tangentialen Druckes nicht erreicht ist.
• Hier setzt die Erfindung ein; sie ist gekennzeichnet durch Verbrennungen von gesondert in den Arbeitszylinder eingeführter Druckluft und Brennstoff unter einem gegenüber dem Dieselbetrieb erheblich, z. B. auf etwa die Hälfte, verminderten Verdichtungs- und Verbrennungsdruck und einer gegenüber dem Dieselbetrieb erheblich, z. B. auf etwa das Drei- bis Fünffache, verlängerten Einspritz- und Brennzeit.
• Ein solches Niederdruckverbrennungsdiagramm gemäß der Erfindung ist in Abb. 3 mit einem gleichbleibenden Verbrennungsdruck von 15 at bei 500/, Füllung dargestellt. Den Erfolg auf das Tangentialdruckdiagramm ersieht man in Abb. 3 a bei einer doppeltwirkenden Zweizylinder-Zweitaktmaschine, in Abb. 3b bei einer doppeltwirkenden Dreizylinder - Zweitaktmaschine. Während die resultierenden Tangentialdrücke T der Abb. 2a und 2b noch Druckschwankungen von 6 bis i71/2 at hatten, sind sie nunmehr auf 21/Z bis 2 at herunter gezogen.
• Die Verbrennungslinie braucht nicht genau waagerecht zu verlaufen. Wie nämlich Abb. q. mit einer von 18 auf 14 at abfallenden Verbrennungsdrucklinie zeigt, ergeben sich in solchem Falle sogar noch etwas günstigere Tangentialdrücke gemäß Abb. q.a und q.b, in denen die Schwankungen der resultierenden Tangentia,ldrücke nur noch 21/Z bis i at betragen.
• Es ist dabei trotz der starken Verminderung des höchsten Verdichtungsdruckes von 33 at auf etwa die Hälfte der mittlere Tangentialdruck nicht etwa vermindert worden. Denn während er beim Hochdruckdiagramm gemäß Abb. 2a und 2b etwa i31/2 at bei der Zweizylindermaschine und 181/Z at bei der Dreizylindermaschine beträgt,. erreicht er bei dem Niederdruckdiagramm gemäß Abb.3a und q.a etwa 131/2 at bei der Zweizylindermaschine und 2o at bei der Dreizylindermaschine.
• Dabei ist trotz des hohen mittleren Tangentialdruckes nicht etwa der Auspuffdruck unzulässig hoch geworden, denn er hält sich in beiden Ausführungsbeispielen der Abb. 3 und q. auf etwa 7 at, also auf einer Höhe, die einen für die verhältnismäßig kurze Anfahrzeit noch erträglichen Verlust an Auspuffenergie darstellt.
• Dieses Ergebnis des Verfahrens, das durch ein unter günstigen Umständen verlaufendes Anfahren der Lokomotive ohne merkbare Stöße mit starkem Beschleunigungsdruck dargestellt ist, kann nicht durch eine Verlängerung der Verbrennungszeit bei Aufrechterhaltung des hohen Verdichtungsdruckes erzielt werden, da sich eine zu hohe Wärmebelastung für den Arbeitszylinder ergeben würde. Es kann -auch nicht durch Verminderung des Verdichtungsdruckes bei Aufrechterhaltung einer normalen Verbrennungszeit von =o bis 2o0/, des Kolbenhubes erzielt werden, da ein zu niedriger Tangentialdruck, also ein zu langsames Anfahren eintreten würde. Das Ergebnis kommt vielmehr erst durch Zusammenwirken beider Maßnahmen, Verminderung des Verdichtungsdruckes auf ein' gewisses Maß und Vergrößerung der Verbrennungszeit auf ein gewisses Maß, zustande.
• Die Ausführung dieses Verfahrens setzt in allen Fällen die Anwendung einer künstlichen Zündung voraus, die beim späteren Dieselbetrieb nicht nötig ist. Das Verfahren ist nicht an die Einhaltung enger Grenzen bei der Verminderung des Verdichtungsdruckes und Vergrößerung der Füllung gebunden. Seine Vorteile setzen praktisch schon ein, wenn der Verdichtungsdruck auf etwa 2/3 des normalen Verdichtungsdruckes ermäßigt und die Brennstoffzufuhr nach Menge und Dauer auf etwa das Doppelte der normalen Füllung erhöht wird.
• Die Ausführung des Verfahrens kann mit den für den- Betrieb von Dieselmaschinen an sich bekannten Steuerorganen, zu denen eine Zündvorrichtung hinzukommt, ausgeführt werden. Diese Zündvorrichtung muß so beschaffen sein, daß sie durch unmittelbares Anspritzen des Treiböles und Anblasen durch Druckluft in ihrer Wirkung nicht beeinträchtigt wird. Es eignet sich z. B. eine Glühspirale aus wenigen starken Drähten eines schwer schmelzbaren Metalls, wie Nicrotherm, oder aus einem keramischen Halbleiter, wie Karborundum oder Silit. Die Verminderung des Verdichtungsdruckes kann durch zeitweises Offenhalten eines Ent= lüftungsorgans, durch ein während des Verdichtungshubes dauernd geöffnetes Drosselorgan oder durch Vergrößerung des Verdichtungsraumes bewirkt werden.
• Die Steuerungen der den Anfahrvorgang beherrschenden Organe werden zweckmäßig gekuppelt, insbesondere das Brennstoffzufuhrorgan oder die Brennstoffzufuhrorgane und das Druckluftzufuhrorgan. Um mit wachsender Geschwindigkeit der Lokomotive allmählich auf den normalen Dieselbetrieb übergehen zu können, kann das Verdichtungsverminderungsorgan ebenfalls mit diesen beiden Organen derart verbunden werden, daß mit Verminderung der Druckluftzufuhr und Brennstoffzufuhr die Verdichtung erhöht- wird, bis bei vollständiger Abstellung der Druckluft und Erreichung der vollen Verdichtung der reine Dieselbetrieb hergestellt wird. Oder es wird ein Entlüftungsventil solcher Konstruktion verwendet, daß sich beim Übergang zum Normalbetrieb der Verdichtungsdruck selbsttätig allmählich steigert.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i: Verfahren zum Anfahren von Diesellokomotiven mit unmittelbarem Antrieb des Motors auf die Treibachse, gekennzeichnet durch Verbrennungen von gesondert in den Arbeitszylinder eingeführter Druckluft und Brennstoff unter einem gegenüber dem Dieselbetrieb erheblich verminderten Verdichtungs- und Verbrennungsdruck und einer gegenüber dem Dieselbetrieb erheblich verlängerten Einspritz- und Brennzeit, unter Anwendung einer während des Anfahrens glühend erhaltenen Zündvorrichtung.
2. 2. Verfahren zum Anfahren von Diesellokomotiven nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß während eines größeren Teiles des Kolbenhubes gleichzeitig Druckluft und Brennstoff gesondert in den Arbeitszylinder eingeführt werden und die eingeführte Druckluft- und Brennstoffmenge zu jedem Zeitpunkt derart bemessen ist, daß durch die Verbrennung ein nahezu gleichbleibender Druck im Arbeitszylinder während der Dauer der Einspritzung herbeigeführt wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdruck im Arbeitszylinder so weit vermindert und sein Verlauf im Diagramm derart gleichmäßig gestaltet wird, daß der resultierende Tangentialdruck der auf die Treibachse wirkenden Arbeitszylinder (Abb.3a, 4a) nicht über dem größten resultierenden Tangentialdruck eines für das Anfahren bekannten Dieseldruckluftbetriebes liegt (Abb. 2a), daß aber die gegenüber dem Dieselbetrieb geleistete Arbeit (Abb.2) gleich groß oder größer ist (Abb. 3, 4).
4. 4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrverdichtungsdruck auf wenigstens 2/3 des Verdichtungsdruckes beim Dieselbetrieb vermindert ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffeinspritzwinkel beim Anfahren wenigstensder doppelte desjenigen der größten Brennstoffzufuhr bei Dieselbetrieb ist.
6. 6. Maschine zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 5, gekennzeichnet durch eine von Hand einzustellende Vorrichtung, welche gleichzeitig die Druckluftzufuhr einzuschalten, die Brennstoffzufuhr nach Menge und Dauer zu vergrößern und den Verdichtungsdruck zu vermindern gestattet.
7. 7. Maschine zur Äusübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil und die Zündvorrichtung derart zueinander angeordnet sind, daß die Zündvorrichtung durch den Brennstoff unmittelbar angespritzt wird. B. Maschine zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Verdichtungsdruckes im Arbeitszylinder durch zeitweises Ofenhalten eines Entlüftungsventils während des Verdichtungshubes bewirkt wird, das derart arbeitet, daß sich beim Übergang zum normalen Dieselbetrieb der Verdichtungsdruck allmählich selbsttätig steigert.