Verfahren zum Betrieb von Dieselmaschinen mit Gas. Bei der Verwendung von Speicher- oder Sauggas in Fahrzeugmotoren mit Fremdzün dung musste bisher in den meisten Fällen ein beträchtlicher Leistungsabfall mit in Kauf genommen werden. Nur bei Ottomoto ren, die mit sogenannten Reich- oder Flüssig gasen, z. B. mit Butan oder Propan betrieben werden, konnte eine etwa gleich hohe Lei stung bei der Umstellung von flüssigen auf gasförmigen Kraftstoff erzielt werden. Der übliche Weg, den Leistungsabfall durch eine höhere Verdichtung auszugleichen, war trotz der teilweise recht guten Klopffestigkeit der verschiedenen Arten von Speichergas und Sauggas nur beschränkt gangbar.
Die Zünd- einrichtungen liessen im allgemeinen mit Rücksicht auf ihre Betriebssicherheit und Le bensdauer den durch die Klopffestigkeit vor gesehenen Grenzwert des Verdichtungsgrades nicht ausnützen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Dieselmaschinen mit Gas und hat den Zweck, Dieselmaschinen unter geringstem Bauaufwand vom Betrieb mit flüssigen Kraftstoffen auf Betrieb mit gasförmigen Kraftstoffen, z. B. Butan oder Propan oder Hochdruckspeichergas, wie Leuchtgas oder Methan oder auf Sauggas umzustellen. Die Erfindung besteht darin, dass die Zylinder mit einem Gemisch von Luft und einem brennbaren Gas geladen und dieses Gemisch durch die durch Selbstzün dung erfolgende Initialzündung eines ein gespritzten flüssigen Brennstoffes, z. B. von Dieselkraftstoff, entzündet wird.
Die durch das zur Zündung des flüssigen Brennstoffes entsprechend hochverdichtete heisse Gas-Luft- gemisch eingeleitete Selbstzündung des flüs sigen Brennstoffes, die beispielsweise bei Ver wendung von Dieselkraftstoff genau nach der Art des Dieselverfahrens vor sich geht,
dient also für das im gleichen Verbrennungs raum im verdichteten Zustande vorhandene Gas-Luftgemisch als Fremdzündung. Bei Verwendung von Dieselbrennstoff kann sich das Abbrennen des Dieselkraftstoffes dabei zeitlich der Entflammung und Ver brennung des Gas-Luftgemisches überlagern und die eingespritzte Menge Dieselkraftstoff kann dabei angenähert so gross gehalten wer den, wie die beim normalen Dieselbetrieb mit nur flüssigem Kraftstoff benötigte Leerlauf menge.
Bei dem erfindungsgemässen Verfah ren ist es mithin möglich, den Verbrauch an flüssigem Dieselkraftstoff bei den auf Gas betrieb umgestellten Dieselmaschinen auf 1/4 bis 1/3 des bisherigen Verbrauches herabzu setzen und die übrigen 3/j bis 2/3, des flüssi gen Dieselkraftstoffverbrauches mengen- und wärmewertmässig durch ein Treibgas zu er setzen.
Bei der Umstellung der Dieselmaschinen auf Gasbetrieb nach dem Verfahren gemäss der Erfindung kann der bei Dieselmaschinen übliche Verdichtungsdruck im allgemeinen beibehalten werden. Er soll jedoch auf alle Fälle so niedrig gehalten werden, dass eine Selbstzündung des Gas-Luftgemisches bei Wegnahme des Dieselkraftstoffes und be triebswarmer Maschine nicht eintrifft. Wäh rend man bei bekannten Verfahren bei ver schiedenen Speichergasen und bei Generator gas mit einem Leistungsabfall von 20 bis 25% rechnen musste, kann bei dem Verfahren gemäss der Erfindung je nach der Beschaf fenheit des verwendeten Gases der Leistungs verlust auf etwa die Hälfte herabgemindert und unter Umständen sogar ganz ausgegli chen werden.
Zweckmässig wird das Verfahren nach der Erfindung in der Weise durchgeführt, dass man an der Zuströmöffnung des Ansaug rohres eine Mischvorrichtung anordnet, durch die Gas und Luft bleichzeitig angesaugt wer den. Diese Mischvorrichtung, z. B. eine Mischdüse, steht bei Speichergas über einen Druckregler mit der das Gas enthaltenden druckfesten Flasche in Verbindung. Die Mischdüse besteht zum Beispiel aus einem von einer Gaskammer umgebenden Luftan saugetrichter, der mit Durchlässen für den Übertritt des entspannten Flüssig- oder Press- gases in den Trichter verseben ist. Ausserdem ist zweekmässig zwischen der Mischdüse und dem Ansaugrohr oder an der Zuströmöffnuug des Ansaugrohres selbst ein durch einen Be schleunigerhebel gesteuertes Regelglied ange ordnet.
Dieses kann wiederum mit einem weiteren Regelglied gekuppelt sein, das ent weder eine Menge Zusatzluft regelt oder den Gaseintritt vorsteuert, so dass bei Teillast betrieb eine für die Wirtschaftliehkeit beson ders günstige Vereinigung von Mengen- und Güterregulierung möglich ist. Die Steuer und Regelorgane können in bekannter Weise mit einem von der Drehzahl der Brenn- kraftmaschine abhängigen Regler in dem Sinne betätigt werden, dass die Überschrei tung einer gewissen Grenzdrehzahl verhindert wird.
Der Füllungshebel an der Einspritz pumpe erhält zweckmässig ein Steuerglied, mit dessen Hilfe die Füllung willkürlich ver schieden eingestellt werden kann, und zwar zum Anlasen auf grosse Füllung, für den normalen Betrieb mit Gas auf eine kleine, etwa dem Dieselleerlauf entsprechende Fül lung und schliesslich zum Abstellen auf die Nullfüllung.
Auf der Zeichnung sind mehrere Ausfüh- rumgsbeispiele des l#lrfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 das Schema. einer mit Generator gas betriebenen Dieselmaschine, Fig. \3 die schematische Darstellung einer Speichergasanordnung für die Maschine nach Fig. 1 in Einzeldarstellung, Fig. 3 das schematische Schaubild einer mit Gas betriebenen Dieselmaschine unter be sonderer Berücksichtigung ihrer Regelungs organe,
Fig. 4 eine Einzelheit der Vorrichtung für die Gas- und Luftzuführung, Fig. ä einen Ausschnitt aus dem Druck diagramm unter besonderer Berücksichtigung des Zündvorganges.
Die Fig. 4 ist gegenüber den übrigen Figuren in einem grösseren Massstab gehalten. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist vor den Einlassstutzen la des Ansaugrohres 1 der Brennkraftmaschine eine Mischdüse an geordnet. Diese besteht aus einer Gaskammer 3 und schliesst einen Trichter 4 für den Zu tritt von Frischluft ein. Der Trichter 4 ist mit Schlitzen oder Bohrungen 5 für den Zu tritt des in der Kammer 3 sich befindlichen Gases versehen. Die Gaskammer 3 ist durch eine Leitung 6 über einen Reiniger 7 und Kühler 8 an einen Gasgenerator 9 angeschlos sen.
Hinter der Mischdüse ist im Einlassstut zen des Ansaugrohres eine ein Regelglied bil dende Drosselklappe 10 vorgesehen, die durch ein mit einem von einem Fusshebel ge bildeten Beschleunigerhebel 11 verbundenes Gestänge 12 gesteuert wird. Bei freigege benem Fusshebel 11 wird die Stange 12 durch eine Feder 13 in einer solchen Schliess lage gehalten, dass gerade noch eine für den Leerlaufbedarf ausreichende Menge Frisch luft in das Ansaugrohr 1 gelangt. Von der Drosselklappe 10 ist im Einlassstutzen des Ansaugrohres ein ins Freie führender Zu satzluftstutzen 14 vorgesehen.
In diesem ist eine ein Regelglied bildende Drosselklappe 15 angeordnet und deren Bedienungshebel ist an das Steuergestänge 12 für die Drossel klappe 10 derart angeschlossen, dass die Dros selklappe 15 schliesst, wenn die Drosselklappe 10 öffnet, und umgekehrt.
Ein durch die Einspritzpumpe 17 ange triebener Regler 18 steuert, wie üblich, die Regelstange 19 der Pumpe 17, und zwar zieht er die Stange 19 in eine Lage für Nullstel lung, sobald die Drehzahl der Brennkraft- maschine 2 eine gewisse Grenze überschreitet. In dieser Stellung der Regelstange ist die Entzündung des verdichteten Gas-Luftgemi- sches im Verbrennungsraum der Arbeits zylinder 20 unterbrochen, da kein als Initial zünder dienender Dieselkraftstoff mehr ein gespritzt und zum Entflammen gebracht wird. Die Wirkung dieser Pumpeneinstellung ist also die gleiche wie bei einem Ottomotor, dessen normaler Zündstromkreis kurzge schlossen wird.
Am Regler 18 ist ausserdem ein Einstellhebel 21 mit einem Handgriff 22 vorgesehen, mittels welchem die Liefermenge der Einspritzpumpe 17 beliebig eingestellt werden kann. Der Handgriff ist zu diesem Zwecke mit der Regelstange 19 verbunden. Es entspricht die Stellung I der "Startstel lung" oder Einstellung der Pumpe auf höch ste, über den Normalbedarf hinausgehende Füllung, die Stellung II der "Leerlaufstel lung" und die Stellung III der "Nullstel lung", in welcher die Pumpe überhaupt kei nen Brennstoff mehr liefert.
Im übrigen sind in Fig. 1 die Einlassventile mit 23, die Brennstoffeinspritzdüsen mit 24 und die nach den Düsen führenden Druckleitungen der Einspritzpumpe mit 25 bezeichnet.
Anstatt des Gasgenerators 9 kann auch eine Speichergasflasche angeordnet sein, wel che entweder Pressgas oder Flüssiggas ent hält. Wie die Fig. 2 zeigt, wird die Gas flasche 26 über eine Leitung 2 7 mit der Gas kammer 3 an der Mischdüse verbunden. In der Leitung 27 sind ein Druckregler 28 und ein Regelventil 29 vorgesehen. Der Regler 28 regelt den Gasdruck in der Gaskammer 3 und durch das vor der Mischdüse angeordnete Regelventil 29 kann die zufliessende Gas menge von Hand geregelt werden.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 darge stellten Maschine ist folgende: Beim Anlassen der Brennkraftmaschine wird der Stellhebel 21 durch Ziehen am Griff 22 in die Stellung I und damit die Regel stange 19 in die Stellung "Start", das heisst die Stellung für die grösste Füllung, ge bracht.
In dieser Stellung wird durch die Ein spritzpumpe 17 eine nächste Menge von flüs sigem Dieselkraftstoff durch die Einspritz düsen 24 in die Arbeitszylinder der Brenn- kraftma.schine eingespritzt, die durch Selbst zündung zündet, worauf die Maschine leicht anspringt. Die Gaszufuhr kann dabei völlig abgedrosselt sein. Das Gas kann also erst nach dem Anlassen zugeführt werden. Die Einspritzpumpe 17 bleibt so lange auf höchste Füllung eingestellt, bis die Zündung einsetzt. Unmittelbar, nachdem dies geschehen ist, wird der Stellhebel 21 durch den Griff 22 in die Stellung II gebracht.
Dadurch wird die Ein spritzpumpe 17 auf Leerlauf eingestellt, und es kann nunmehr durch Betätigen der Dros selklappe 10 bezw. des Fusshebels 11 der eigentliche Gasbetrieb aufgenommen werden; das heisst der Motor kann bei gleichzeitiger Gaszufuhr belastet werden. Durch die fort schreitende Öffnung der Drosselklappe 10 und gleichzeitigem fortschreitenden Schliessen der Drosselklappe 15 wird durch den Trich ter 4 eine grössere Menge Frischluft ange saugt, die vermöge des im Düsenring 5 herr schenden Unterdruckes Gas in einer bestimm ten Menge in das Ansaugrohr 1 mitreisst.
Je nachdem, ob die Maschine mit Speicher- oder Sauggas betrieben wird, sind die Gas- und Luftzuführungsquerschnitte zueinander ab zustimmen und die Steuerung der Organe 15, 29 für die Güteregelung sinngemäss zu be rücksichtigen. Die Steuerung für die Güte regelung kann von Hand oder automatisch geschehen.
Nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 und 4 ist zum Beispiel beim Betrieb mit Spei chergas die Vorrichtung für die Güteregelung mit dem Steuergestänge 12 des Beschleuniger hebels 11 gekuppelt, und zwar ist zwischen die Stange l2 und dem Besclleunigerlebel 11 ein Hebelwerk 12a bis 12f vorgesehen, das gleichzeitig den Regler 18 beeinflusst, ohne dessen selbsttätige Regelwirkung zu beein trächtigen. Die Stange 12 greift an einem Hebelarm 30 an, der den Bedienungshebel für die Drosselklappe im Einlassstutzen la des Ansaugrohres 1 beeinflusst. Der Hebelarm 30 ist zugleich Bedienungshebel für einen einen Drehschieber bildenden Stellring 31 in der Mischdüse, und zwar ist dieser Ring aussen auf dem Trichter oder innerhalb des Frischlufttrichters 4 gelagert, wie die Fig. -t zeigt.
Der Ring ist mit einem Scllitz 32 versehen, der im Bereich einer Ausnehmung 5b für den Gasübertritt aus der Kammer 3 nach dem Trichter 4 angeordnet ist. Diese Ausnehmung 32 überschneidet die Gasdureh- trittsöffnung 5b, sobald die Drosselklappe bei einer Verstellung des Fusshebels 11 bis zu einem gewissen Grade geöffnet worden ist. Um das Mischungsverhältnis von Luft und Gas der Ladung entsprechend den bestehen- den Betriebsverhältnissen anpassen zu kön nen, weist der Sehlitz 32 einen stetig sich verändernden Querschnitt auf.
Da durch den Hebel 11 sowohl die Drosselklappe für die Leistungsregelung als auch die Vorrichtung für die Güteregelung verstellt werden, än- dern sieh die von Luft und Gas entsprechend der Stellung der Dros selklappe für die Leistungsregelung automa tisch. Gegebenenfalls kann die Einrichtung nach Fig. 4 auch in Abhängigkeit von einem Temperatur- oder Druckregler gebracht wer den, indem zurr Beispiel eine Federdose dem Druck bezw. der Aussenluft ausgesetzt ist.
An Stelle der Regelung der Gaszufuhr zur Er zielung eines bestimmten Mischungsverhält nisses kann in sinngemässer Unkehrung auch die Luftzufuhr geregelt werden. Die Verwen dung eines Druekreglers 28 kommt natürlich nur bei der Verwendung von Speichergasen in Betracht.
Für den Normalbetrieb ist die Einspritz pumpe derart eingestellt, dass für jedes Ar beitsspiel nur soviel flüssiger Kraftstoff ein gespritzt wird, wie zur Einleitung der Selbst zündung und zur Aufrechterhaltung des Leerlaufes, das heisst also zur Überwindung der mechanischen Widerstände notwendig ist. Der Einspritzzeitpunkt und die Steuerzeiten für den Ladungswechsel können, wie beim Dieselmotor, beibehalten werden. Das Ver dichtungsverhältnis hängt von der Beschaf- fenhei.t des verwendeten gasförmigen Brenn stoffes ab, wobei lediglich, wie eingangs be reits erwähnt, darauf Riic-ksieht zu nehmen ist, dass eine Selbstziindung bei Wegnahme des Dieselkraftstoffes, z.
B. des Gasöls, nicht eintritt.
Die Zündung d(-, Dieselkraftstoffes setzt zuerst ein und der brennende Dieselkraftstoff leitet dann die Verbrennung des Gas-Luft- geillisches ein. Da sowohl das Abbrennen des Dieselkraftstoffes als aueli das Abbrennen des Gas-Luftgemisches eine gewisse Zeit dauert, besteht der Umstand. dass sich die beiden Verbrennungsvorgänge je nach der Verbrennungsgeschwindigkeit bezw. Eigen schaften der verschiedenen Brennstoffarten mehr oder weniger überlagern, wie zum Bei spiel das Diagramm nach Fig. 5 zeigt.
In diesem Diagramm stellt die Linie o-a die ansteigende Kurve des Verdichtungsdruckes dar. Bei a wird eingespritzt und bei b, das ist kurz vor dem obern Totpunkt, setzt die Zündung des flüssigen Dieselkraftstoffes ein, die bis c andauert. Die notwendige Sauer stoffmenge wird dabei dem Gas-Luftgemisch entzogen. Bei d, also vor der Beendigung der Verbrennung des flüssigen Dieselkraftstoffes bei c, setzt dann die Entzündung des Gas- Luftgemisches ein, dessen Verbrennung bei e beendet ist. Es findet also nach diesem Diagramm eine Überlagerung f der Verbren nungsvorgänge statt, die man unter Umstän den durch entsprechende Teilmengen des flüs sigen und gasförmigen Brennstoffes beein flussen kann.
Die Erfindung eignet sich für den Betrieb von Dieselmaschinen mit den meisten der bis heute bekannten Speicher- und Sauggasen. Sie ist anwendbar auf Dieselmaschinen aller Gattungen, das heisst es ist im Rahmen der Erfindung unwesentlich, ob die Maschine mit direkter Einspritzung oder nach dem Vor kammer-, Wirbelkammer- oder Luftspeicher verfahren arbeitet. Ebenso ist die Erfindung nicht grundsätzlich auf Viertaktverfahren be schränkt, sondern auch beim Zweitaktver fahren anwendbar. Wesentlich ist aber die äussere Gemischbildung und der Umstand, dass die bisher verwendeten Dieselmaschinen, das heisst ihre Zylinderabmessungen und Ein- spritzvorrichtungen nicht verändert zu wer den brauchen.
Auch brauchen keine besonderen Gas- oder Gemischzuführungskanäle vorge sehen zu werden, da das Gas durch die übli chen Einlassöffnungen mit der Frischluft ein gesaugt wird.