Neue Wege im Dieselmaschinenbau. PAREY, Neue Wege im Dieselmaschinenbau. In dem Streben nach größerer Einfachheit und Wirtschaftlichkeit der Dieselmaschinen ist in den letzten Jahren eine Anzahl neuer Arten von Maschinen geschaffen worden, deren gemeinsames Kennzeichen es ist, daß die Einführung des Brennstoffes in den Zylinder ohne Druckluft erfolgt. Fast die gesamte Literatur über Dieselmaschinen ist beherrscht von der luftlosen Brennstoff-Einspritzung, ein Zeichen dafür, wieviel man von dieser Ausführung erhofft. Die bisherigen Erfolge lassen allerdings dieses Verfahren als sehr günstig und zweckmäßig erscheinen. Fs ist interessant daß bereits Diesel selbst bei seinen ersten Versuchen die luftlose Einspritzung anwenden wollte, daß er aber davon abkam, als ihm die Brennstoffzerstäubung mittels Druckluft gelang. Die Versuche allerdings, die Luftpumpe zu vermeiden, haben nie aufgehört. Von wie verschiedenen Seiten man die Aufgabe angepackt hat, zeigen die mannigfachen Bauarten, die wir heute für die Brennstoffeinspritzung ohne Druckluft haben. Als Dieselmaschine soll im nachstehenden entsprechend der Begriffsbestimmung von Prof. Nägel eine Verbrennungsmaschine bezeichnet werden, deren Zylinderluft ohne Brennstoff so hoch verdichtet wird, daß die hierbei auftretende Erwärmung genügt, den erst kurz vor dem Totpunkt eingeführten Brennstoff zu entzünden, gleichviel auf welche Weise er in den eigentlichen Brennraum gelangt. Diesels Arbeiten fußten bekanntlich auf der Erkenntnis, daß der Wirkungsgrad einer Verbrennungsmaschine mit steigendem Verdichtungs-Enddruck zunimmt. Bei den Verbrennungsmaschinen, die ein Gemisch aus Luft und Brennstoff im Zylinder verdichten, ist diesem Druck eine ziemlich enge Grenze gesetzt. Denn die bei der Verdichtung auftretende Temperatursteigerung, unterstützt durch die Wärmestrahlung der Zylinderwand, muß unterhalb der Grenzen bleiben, die zur Selbstzündung des Gemisches führen. Diesel ging nun folgerichtig einen neuen Weg, indem er im Zylinder nur Luft verdichtete und den Brennstoff erst kurz vor dem Totpunkt des Verdichtungshubes einführte. Er konnte bei dieser Arbeitsweise gleichzeitig ein besonderes Zündorgan für den Brennstoff ersparen, da die Temperatur der hochgespannten Zylinderluft ausreicht, den Brennstoff zu entzünden. Die ersten Versuche, die Diesel mit gasförmigem Brennstoff machte, waren nicht befriedigend. Die kinetische Energie des Gasstrahles, war zu gering, die Diffusionsgeschwindigkeit zwischen Luft und Gas viel zu klein, als daß die für eine gute Verbrennung erforderliche innige Mischung von Luft und Gas in der kurzen Zeit am Hubende hätte erfolgen können. Die Verbrennung verteilte sich über einen großen Teil des Hubes, fand also nicht bei höchstem Druck statt. Infolgedessen war der Wirkungsgrad der Maschine schlecht. Im Gegensatz zu der schleichenden Verbrennung bei gasförmigen Brennstoffen ergaben die Versuche mit Benzin und anderen leichtflüchtigen Betriebsstoffen zu heftige Verbrennungen mit ungleichmäßigen Zündungen, so daß man auch von der Verwendung dieser Stoffe absah. Die Entwicklung führte so allmählich zum Gebrauch schwer entzündlicher, billiger Oele, die noch heute den Betriebsstoff der Dieselmaschinen bilden. Allerdings verlangen diese Brennstoffe eine besonders innige Mischung mit Luft, um eine gründliche und gleichmäßige Verbrennung zu erzielen. Den Weg hierzu fand Diesel in der Einspritzung mittels hochgespannter Druckluft, wobei der Brennstoff fein zerstäubt und gleichzeitig mit der Einblaseluft innig gemischt wurde. So kam es, daß die Luftpumpe bis vor kurzem einen unbedingt erforderlichen Bestandteil der Dieselmaschinen bildete. Für viele Betriebsverhältnisse, bei denen weniger Wert auf geringen Brennstoffverbrauch als auf Einfachheit und Billigkeit des Motors gelegt wurde, erwies sich die Dieselmaschine als zu verwickelt und ziu teuer. Hier trat in Wettbewerb der Glühkopfmotor, bei welchem der Brennstoff durch Aufspritzen auf die heiße Wandung des Glühkopfes zur Entzündung gebracht wird. Dies Verfahren ist zwar unwirtschaftlich; es konnte sich jedoch überall da leicht einführen, wo die Bedienung der Maschine wenig geschulten Kräften oblag. Daß die Dieselmaschinen-Industrie daran ging, nicht nur die Wirtschaftlichkeit der Motoren zu erhöhen, sondern auch die Bauart einfacher und übersichtlicher zu gestalten, entsprang also nicht allein technischen Erwägungen. Vielmehr war das wirtschaftliche Bedürfnis nach gleichzeitig möglichst einfachen und möglichst sparsamen Motoren bestimmend. Den Weg hierzu fand man in der luftlosen Brennstoffeinspritzung, für die es heute eine Anzahl verschiedener Arbeitsverfahren gibt. Die Aufgaben, die gelöst werden mußten, bis brauchbare Ergebnisse erzielt wurden, waren nicht leicht. Wie wir oben bereits ausführten, ist Vorbedingung für eine gute Verbrennung, also für sparsames Arbeiten der Maschine, daß der Brennstoff mit der im Zylinder vorhandenen Verbrennungsluft innig gemischt und möglichst gleichmäßig im Verbrennungsraum verteilt wird. Die hierfür zur Verfügung stehende Zeit am Hubende ist aber außerordentlich kurz, so daß die Brennstoff-Einspritzung und -Verteilung sehr rasch vor sich gehen muß. Die Brennstoffmengen andererseits sind außerordentlich klein; sie betragen z.B. bei Maschinen von etwa 300 PS, 200 Umdr./Min., nur wenige Gramm in der einzelnen Verbrennung, und natürlich um so weniger, je größer bei gleicher Leistung und gleichem spezifischen Brennstoffverbrauch die Zahl der Zylinder ist. Bei raschlaufenden, mehrzylindigen Klein-Dieselmaschinen ergeben sich Brennstoffmengen bis herunter zu 0,07 g je Zündung oder teilweise noch weniger. Man kann daraus die Schwierigkeiten ersehen, die sich bei der Brennstoffzuführung und namentlich bei der Regelung ergeben. Besonderer Aufmerksamkeit bedarf die Form des Brennstoffstrahles, der in den Zylinder eintritt. Sind die einzelnen Tropfen groß, so dringen sie infolge ihrer lebendigen Kraft zwar tief in die hochgespannte Zylinderluft ein, ja sie fliegen sogar bis auf den Kolbenboden, wenn sie nicht vorher schon verbrennen. Dies ist aber gerade bei großen Tropfen unwahrscheinlich. Denn während des Fluges ziehen sie hinter sich einer Abgaskegel, so daß ihnen nicht auf allen Seiten die zur Verbrennung erforderliche Luft zur Verfügung steht. Außerdem bedarf natürlich die größere Brennstoffmenge eines großen Tropfens längerer Zeit zur Verbrennung als die eines kleinen, so daß bei grober Zerstäubung meistens ein Teil der Tropfen auf den Kolbenboden aufstößt. Hier ist die Verbrennung aber besonders schlecht, denn der Brennstoff ist auf der einen Seite von Eisen, auf der anderen von seinem eigenem Abgas umgeben. Die Verbrennung kann also nur langsam vor sich gehen; sie erfolgt nicht in der Nähe des Totpunktes, sondern erstreckt sich über einen größeren Kolbenweg; der Wirkungsgrad der Maschine nimmt ab. Es könnte hiernach nun zweckmäßig erscheinen, die Zerstäubung des Brennstoffes sehr weit zu treiben; doch auch dem sind enge Grenzen gesetzt. Denn Wenn die Tropfen zu klein sind, ist selbst bei hohen Geschwindigkeiten ihre lebendige Kraft zu gering, als daß sie die Bewegungswiderstände in der hoch verdichteten Luft überwinden könnten. Es bildet sich vor der Oeffnung der Brennstoffzuführung eine Art Brennstoffnebel, der nur langsam verbrennt, da er nicht genügend mit Sauerstoff gemischt ist. Die Verbrennung erfolgt also auch hier schleichend, wodurch der Wirkungsgrad verschlechtert wird. Es bedurfte eingehender Versuche, bis die erforderlichen Maßnahmen für die Brennstoff-Einspritzung untersucht waren und bis die kompressorlosen Dieselmaschinen einwandfrei arbeiteten. Bei der Schwierigkeit der Aufgabe ist es nur zu verständlich, daß die Lösung von ganz verschiedenen Seiten angepackt wurde. Drei Hauptarten der Brennstoffeinführung kann man bei den verschiedenen Konstruktionen kompressorloser Dieselmaschinen unterscheiden: Das Vorkammerverfahren, wobei der Brennstoff infolge des bei einer Vorkammerzündung entstehenden Druckes meistens durch Düsen zerstäubt in den eigentlichen Brennraum gelangt; das Wirbelverfahren, wobei der Brennstoff durch mehrere aufeinander treffende Brennstoffstrahlen oder durch Wirbelung der Zylinderluft zerstäubt und in der Luft verteilt wird; schließlich das Druckverfahren, bei dem die Zerstäubung unter hohem Druck durch Düsen erfolgt. Das Vorkammerverfahren lehnt sich in seinen Grundzügen etwas an die Glühkopfmaschine an, ist jedoch von deren Arbeitsverfahren wohl verschieden. Während bei der Glühkopfmaschine die überhitzten Wandungen die Zündung des ganzen Brennstoffes bewirken, wird bei der Vorkammer-Dieselmaschine nur ein kleiner Teil des Brennstoffes in der Vorkammer verbrannt. Der größere Teil wird durch den Druck, der bei der Vorkammerzündung entsteht, in den Arbeitszylinder geschleudert. Zur Zerstäubung des Brennstoffes dienen in den meisten Fällen Düsen, die vor der Mündung der Vorkammer in den Arbeitszylinder angeordnet sind. Die Zündung des Brennstoffs in der Vorkammer erfolgt bei mehreren Ausführungen nach dem reinen Dieselverfahren, also durch die hohe Temperatur der verdichteten Zylinderluft. Verschiedene Firmen unterstützen jedoch die Zündung dadurch, daß sie in der Vorkammer eine Glühfläche vorsehen. Derartige Maschinen bilden also eigentlich eine Zwischenstufe zwischen Glühkopf- und Dieselmotor; ihr Arbeitsverfahren steht jedoch dem Dieselverfahren wesentlich näher als dem der Glühkopfmaschine, so daß sie mit Recht zu den Dieselmaschinen gezählt werden. Bei der Betrachtung des Wirbelverfahrens muß man unterscheiden zwischen der Wirbelwirkung der Brennstoffstrahlen und der Wirbelwirkung der Zylinderluft. Beide Verfahren kommen getrennt, aber auch mit einander vereinigt vor. Beim reinen Brennstoffwirbelverfahren, dem sogenannten Price-Verfahren, treffen zwei unter mäßigem Druck eingespitzte Brennstoffstrahlen aufeinander und zerstäuben sich. Das setzt allerdings voraus, daß die Brennstoffstrahlen gut aufeinander abgestimmt sind, da sonst die Zerstäubung schlecht, die Verbrennung also unvollkommen und unwirtschaftlich ist. Beim Luftwirbelverfahren wird ein Luftkegel, der vom Kolben durch Abschnürung erzeugt wird, gegen den unter mäßigem Druck in eine Art Vorkammer eingespritzten Brennstoff getrieben. Die Ausbildung der Kolbenböden zur Erzielung der Wirbelung ist mannigfaltig. Dem vorstehend geschilderten Verfahren, sowohl dem Vorkammer- wie dem Wirbelverfahren, ist eigentümlich, daß der Brennstoff unter geringem Druck, etwa 50 at, eingespritzt wird. Der Brennstoffstrahl braucht nur den im Zylinder herrschenden Verdichtungsdruck von etwa 35 bis 40 at zu überwinden, bedarf aber weiter keiner größeren lebendigen Kraft zur Zerstäubung, da diese durch die Vorkammerzündtung bzw. durch die Wirbelung erfolgt. Infolgedessen braucht der Brennstoffpumpendruck nicht wesentlich höher zu sein als der Verdichtungsdruck. Im Druckverfahren wird der Brennstoff direkt in den Verbrennungsraum eingespritzt. Die Zerstäubung erfolgt durch eine Einspritzdüse, die Verteilung des Brennstoffes in der Zylinderluft geschieht durch die kinetische Energie des Brennstoffstrahles. Aus diesem Grunde sind Drücke von etwa 200 at und mehr an der Brennstoffpumpe erforderlich. Die Düsen müssen so eingerichtet sein, daß sie gestatten, den Brennstoff in einer bestimmten, eng beschränkten Zeit in den Zylinder einzuführen, ihn in der gewünschten Feinheit zu zerstäuben und möglichst gleichmäßig im Verbrennungsraum zu verteilen. Sie erhalten Bohrungen von etwa 0,5 mm Durchmesser. Man unterscheidet offene und geschlossene Düsen. Die offenen Düsen haben kein Abschlußglied zwischen Brennstoffleitung und Zylinder. Man rühmt dieser Anordnung nach, daß sie bei allen Motordrehzahlen sehr sanfte Zündungen erreichen lasse, da nur die Düsenbohrungen dem Brennstoffstrahl Widerstand entgegensetzen, so daß der Strahl gleichmäßig und stoßfrei in den Zylinder eintritt. Die Gefahr des Nachtropfens und des dadurch hervorgerufenen Verkokens des Brennstoffes scheint im Betrieb nicht so groß zu sein, wie man erwartet hatte. In dem Bericht über die Abnahme einer MAN-Schiffsdieselmaschine mit offenen Düsen (Z. d. V. d. J. Nr. 40/1925) durch Min.-Rat Laudahn wird beispielsweise besonders hervorgehoben, daß keinerlei Verstopfungen der Düsenbohrungen aufgetreten sind. Immerhin scheint ein großer Teil, man kann wohl fast sagen der größere Teil der Firmen, die ihre Maschinen nach dem Druckverfahren bauen, das Verkrusten der Düsenbohrungen durch Verkoken des nachtropfenden Brennstoffs zu befürchten. Man findet infolgedessen die geschlossene Düse sehr zahlreich vertreten. Bei dieser Bauart schließt eine durch Federkraft angepreßte Nadel die Brennstoffleitung kurz hinter der Düse gegen den Zylinder ab. Diese Einspritznadel wird in fast allen Fällen – nur Vickers macht eine Ausnahme – durch den Brennstoffdruck geöffnet. Die Brennstoffpumpe bestimmt also den Zeitpunkt und die Dauer der Einspritzung. Der Regler braucht infolgedessen nur auf die Brennstoffpumpe einzuwirken und den Druckverlauf entsprechend zu beeinflussen. Das erfolgt teilweise durch Aenderung des Pumpenhubes mittels Schrägnocken, teilweise durch Veränderung einer Ueberlauföffnung, die mehr oder weniger geschlossen wird, oder durch plötzliches Abschneiden des Druckes bei Oeffnung eines Ueberströmventils mittels eines Schleppgliedes. Welche Art der Regelung und welche Ausführung der Düsen die zweckmäßigste ist, läßt sich heute noch nicht übersehen, da jede Ausführung besondere Vorzüge und besondere Nachteile hat, deren Einfluß sich erst nach längerer Betriebsdauer abwägen läßt. Das eine läßt sich jedoch über alle kompressor-losen Dieselmaschinen heute schon sagen, daß sie in bezug auf den Brennstoffverbrauch sparsamer sind als die Maschinen mit Luftpumpe. Das tritt besonders dann in Erscheinung, wenn die Maschine häufig nicht voll belastet wird, denn die Kurve des spezifischen Brennstoffverbrauchs (g/PS h) verläuft in sehr weiten Grenzen fast unabhängig von der Belastung, im Gegensatz zur Dieselmaschine mit Lufteinspritzung, bei der der Einfluß der Luftpumpen-Arbeit mit sinkender Belastung zunimmt. Ferner sind die kompressorlosen Dieselmaschinen höher überlastbar als die Luft-Dieselmaschinen; sie ertragen z. T. Ueberlastungen bis zu 50 v. H. Außerdem zeigen sie auch bei starker Drehzahlminderung, sogar im Leerlauf, sichere Zündungen und ruhigen Gang. Dazu tritt der Vorteil, daß die Luftpumpe wegfällt, die ganze Anlage also vereinfacht wird. Ob die verschiedenen Arten der luftlosen Brennstoffeinführung dauernd gleichwertig nebeneinander bestehen werden oder ob eine davon sich als die technisch und wirtschaftlich beste erweisen wird, kann man heute noch nicht sagen. Jedenfalls aber bedeutet die Schaffung der kompressorlosen Dieselmaschine einen großen Schritt vorwärts in der Entwicklung, deren Ziel es ist, eine einfache Dieselmaschine zu bauen, die nicht nur im Laboratorium, sondern vor allem unter den wechselvollen Verhältnissen des praktischen Betriebes zuverlässig und wirtschaftlich arbeitet. Parey.