DE1626429C - Kraftanlage mit einer Dieselbrennkraftmaschine für Betneb mit flussigem Brenn stoff und Gas - Google Patents
Kraftanlage mit einer Dieselbrennkraftmaschine für Betneb mit flussigem Brenn stoff und GasInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Kraftanlage mit einer eine kontinuierliche Zufuhr der durch Verdampfung
Dieselbrennkraftmaschine für Betrieb mit flüssigem im Behälter entstehenden Gasmenge nach der Maß-Brennstoff
und Gas, welches durch Verdampfung in gäbe ihres Anfalles der Brennkraftmaschine ermögeinem
Behälter für verflüssigtes Gas anfällt, mit einem licht, wobei nicht nur die für die gewünschte augen-Kompressor,
der in der Gasleitung zwischen dem Be- 5 blickliche Leistung fehlende Brennstoffmenge durch
hälter und der Brennkraftmaschine angeordnet ist, flüssigen Brennstoff ersetzt wird, sondern die Anlage
einem Druckregler sowie mit Einrichtung zur Be- mit einem einzigen Regler auskommen soll, um
messung der Mengen des zugeführten flüssigen und Schwierigkeiten mit dem Zusammenlauf mehrerer
gasförmigen Brennstoffes, die durch eine Differential- Regler zu vermeiden.
vorrichtung miteinander verbunden sind, wodurch bei io Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Kraftanlage ein- ,
Anstieg der einen Menge die andere Menge vermin- gangs geschilderter Gattung erfindungsgemäß dadurch
dert wird, indem ein Druckfühler auf das Einstell- gekennzeichnet, daß der Druckregler in der Gasleigestänge
einer der Bemessungseinrichtungen gegen tung zwischen dem Behälter und dem Kompressor
die Kraft einer Feder einwirkt, welche auf die Dilfe- angeordnet ist, vor und nach dem Kompressor einen
rentialvorrichtiing im Sinne einer Verminderung des 15 dem Gasanfall entsprechenden Druck im Sinne einer
Gasanteils einwirkt und wobei bei ungenügendem jeweils der verdampften Gasmenge entsprechenden
Gasanfall die Gasentnahme aus dem Behälter unter- abgesaugten Gasmenge aufrechterhält und bei ungebrochen
wird. In Tankschiffen mit Methan wird durch nügendem Gasanfall die Gasentnahme aus dem BeAbkühlung
verflüssigtes Erdgas bei etwa — 161° C in hälter unterbricht und daß der Druckfühler die Einisolierten
Behältern von rechteckigem Querschnitt 20 richtungen zur Bemessung der Brennstoffmengen in
transportiert. Die Behälter können nur geringen Über- Abhängigkeit vom Förderdruck des Kompressors
bzw. Unterdruck ertragen. Damit durch die unver- derart einstellt, daß in an sich bekannter Weise bei
meidliche, natürliche Verdampfung des Erdgases in einem Anstieg des Druckes die der Maschine zugeden
Behältern in diesen kein unzulässiger Überdruck führte Gasmenge vergrößert und die des flüssigen
entsteht, sind die Behälter mit Überdruckventilen ver- 25 Brennstoffes verkleinert wird, und umgekehrt,
sehen, welche bei einem Anstieg des Druckes einen Die erfindungsgemäße Kraftanlage gestattet einen Teil des entstandenen Gases in die Atmosphäre ab- kontinuierlichen gemischten Betrieb mit Gas und flüsblasen. sigem Brennstoff, ohne plötzliche Umschaltungen von Dabei besteht das Problem einer Ausnutzung des einem Brennstoff auf den anderen. Die erfindungsin den Behältern anfallenden Gases in den Antriebs- 30 gemäße Anlage verwendet dabei einen einzigen, auf motoren des Schiffes. den Gasfiuß zur Brennkraftmaschine wirkenden Es sind bereits Anordnungen vorgeschlagen wor- Druckregler, so daß wegen der Einfachheit der Reden, bei welchen das durch Verdampfung entstehende gelling Störungen entfallen, die sonst bei einer Zu-Gas der Dieselmotorenanlage des Schiffes zur Ver- sammenwirkung mehrerer Regler entstehen können, brennung zugeführt wird. Eine derartige Anordnung 35 Da bei der erfindungsgemäßen Kraftanlage der Komist z. B. aus der Zeitschrift »M. A. N.-Dieselmotoren- pressor das Gas jeweils nur gegen einen Gegendruck Nachrichten«, Heft 43, 1964, bekannt. fördert, der von der anfallenden Gasmenge abhängig Bei dieser bekannten Anordnung wird das in den ist, wird weniger Energie für den Antrieb des Kom-Behältern durch Verdampfung anfallende Gas immer pressors benötigt als bei der sonst üblichen Regelung auf einen Druck komprimiert, der vom augenblick- 4° auf einen konstanten Druck mit Abblasen auf der liehen Ladedruck des Dieselmotors abhängig ist, und Druckseite.
sehen, welche bei einem Anstieg des Druckes einen Die erfindungsgemäße Kraftanlage gestattet einen Teil des entstandenen Gases in die Atmosphäre ab- kontinuierlichen gemischten Betrieb mit Gas und flüsblasen. sigem Brennstoff, ohne plötzliche Umschaltungen von Dabei besteht das Problem einer Ausnutzung des einem Brennstoff auf den anderen. Die erfindungsin den Behältern anfallenden Gases in den Antriebs- 30 gemäße Anlage verwendet dabei einen einzigen, auf motoren des Schiffes. den Gasfiuß zur Brennkraftmaschine wirkenden Es sind bereits Anordnungen vorgeschlagen wor- Druckregler, so daß wegen der Einfachheit der Reden, bei welchen das durch Verdampfung entstehende gelling Störungen entfallen, die sonst bei einer Zu-Gas der Dieselmotorenanlage des Schiffes zur Ver- sammenwirkung mehrerer Regler entstehen können, brennung zugeführt wird. Eine derartige Anordnung 35 Da bei der erfindungsgemäßen Kraftanlage der Komist z. B. aus der Zeitschrift »M. A. N.-Dieselmotoren- pressor das Gas jeweils nur gegen einen Gegendruck Nachrichten«, Heft 43, 1964, bekannt. fördert, der von der anfallenden Gasmenge abhängig Bei dieser bekannten Anordnung wird das in den ist, wird weniger Energie für den Antrieb des Kom-Behältern durch Verdampfung anfallende Gas immer pressors benötigt als bei der sonst üblichen Regelung auf einen Druck komprimiert, der vom augenblick- 4° auf einen konstanten Druck mit Abblasen auf der liehen Ladedruck des Dieselmotors abhängig ist, und Druckseite.
zwar immer um die gleiche- Druckdifferenz über dem Vorzugsweise ist es bei der Kraftanlage möglich,
Ladeluftdruck des Motors liegt. Diese Anordnung ist ein Regelorgan vorzusehen, mittels dessen der auf
zu einem kontinuierlichen Verbrauch des Gases nach den Druckfühler wirkende Steuerdruck gegenüber
der Maßgabe dessen Anfalles nur geeignet, wenn eine 45 dem Förderdruck des Kompressors in einem beliebi-
zusätzliche komplizierte Regelung verwendet wird, gen Verhältnis reduziert werden kann. Bei einer der-
wobei sich dann aus dem Zusammenlauf der beiden artigen Ausbildung braucht der Druckfühler nicht auf
Regler Schwierigkeiten ergäben. den vollen Druck des Kompressors dimensioniert zu
Andererseits ist aus der »MTZ«, 1961, S. 199 bis werden.
201, eine Dieselmotoranlage für Betrieb mit Erdgas 50 Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeich-
und mit Dieselöl bekannt, bei welcher ebenfalls der nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
Druck des zugeführten Gases derart geregelt wird, erläutert.
daß ständig die gleiche Druckdifferenz zwischen Luft In der Zeichnung ist nur der zur Erläuterung der
und Gas entsteht. Es ist ein Umschaltregler vorgesc- Erfindung notwendige Teil einer Kraftanlage darhen,
welcher vom Druck des zugeführten Gases be- 55 gestellt. Die an sich bekannten Teile, wie z. B. die
einflußt ist und dazu bestimmt ist, bei unzureichender Dieselbrennkraftmaschine an sich, sind aus Gründen
Zufuhr des Gases von Gasbetrieb auf ölbetrieb um- der Anschaulichkeit weggelassen worden. In der Fizusclialten.
Er kann auch bei unzureichendem Gas- gur ist ein Behälter 1 mit einer wärmeisolierenden
druck die Menge des zugefülirten Dieselöls in Abhän- Schicht 2 dargestellt, welcher eine Füllung 3 von vergigkeit
von der geforderten Last erhöhen, bis zu einem 60 flüssigtem Erdgas enthält. Eine Rohrleitung 4 dient
Punkt, wo ausschließlicher ölbetrieb herrscht. Diese zum Füllen und zum Entleeren des Behälters. Selbst-Anlage,
die zwei Regler verwendet, ist verhältnis- verständlich sind in einem TankschifT derartige Bemäßig
kompliziert und gestattet trotzdem nicht die hälter in größerer Anzahl vorgesehen. Aus Anschau-Anpassuiig
des Gasverbrauches an einen Anfall von lichkeitsgründen ist jedoch nur ein Behälter gezeichgasfttrniinem
Brennstolf durch Verdampfung. 65 net worden. Der Behälter 1 ist zusammen mit den an-Der
Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung deren Behältern an eine Gasleitung 5 angeschlossen,
einer Kraftanlage für den erwähnten Zweck zugrunde, in die das im Behälter 1 durch Verdampfung entstanwelche
die genannten Nachteile nicht aufweist und dene Gas gelangt. In der Gasleitung 5 ist ein Wärme-
übertrager 6 zur Aufheizung des Gases angeordnet. Weiter befindet sich in der Gasleitung 5 ein Überdruckventil
7, welches bei einem Anstieg des im Behälter 1 und in der Gasleitung 5 herrschenden Drukkes
über einen bestimmten zulässigen Wert einen Teil des Gases durch eine sogenannte Sturmleitung 8 in
die Atmosphäre abbläst. An die Gasleitung 5 ist über eine Abzweigleitung 10 mit einem Drosselorgan 1
ein Kompressor 12 angeschlossen, der z. B. ein mehrstufiges ' Zentrifugalgehäuse sein kann. Der Kompressor
12 wird von einem Elektromotor 13 angetrieben. In der elektrischen Leitung 14 des Motors 13 sind
Schalter 15 angeordnet, die von einem Regler 16 betätigt werden. Der Regler 16 steht durch eine Leitung
17 unter dem Einfluß des im Behälter 1 sowie den eventuellen weiteren Behältern herrschenden Druckes.
Der Regeler 16 betätigt außer den Schaltern 15 mittels Servosteuerung auch das Drosselorgan 11.
Vom Kompressor 12 führt eine Druckleitung 18 zu den nicht dargestellten Gasventilen in den Gaseinblaseleitungen
der Brennkraftmaschine. In der Druckleitung 18 ist "ein Absperrorgan 20, z. B. wie dargestellt
ein Ventil, angeordnet, welches einen Abschluß der Druckleitung gestattet, wenn z. B. die
Brennkraftmaschine außer Betrieb ist. An die Druckleitung 18 ist außerdem eine Steuerleitung 21 angeschlossen,
die zu einem Druckfühler 22 führt. In der Steuerleitung 21 kann ein Druckminderungsorgan 23
angeordnet sein, welches dem Druckfühler 22 entsprechend seiner Einstellung einen niedrigeren Druck
als den in der Druckleitung 18 herrschenden Druck zuführt, so z. B. einen bestimmten, einstellbaren Anteil
des in der Leitung 18 herrschenden Druckes. Das ist in der Zeichnung durch die Skala mit dem Zeiger
angedeutet. In der Stellung 0 ist die Zuleitung für den Druck gesperrt, in der Stellung 10 wird der volle, in
der Leitung 18 herrschende Druck dem Druckfühler 22 zugeführt.
Der Druckfühler 22 enthält einen Membrankörper 24, dem der vom Druckregler 23 modifizierte Gasdruck,
im normalen Betrieb der volle Gasdruck der Druckleitung 18, durch eine Steuerung 21 zueeführt
wird. Der Membrankörper 24 steht unter dem Einfluß einer Meßfeder 25, die auf den letzteren eine komprimierende
Kraft ausübt. Der Membrankörper 24 bewegt gemäß dem in ihm herrschenden Gasdruck eine
Stoßstange 26. Die Stoßstange 26 ist mit Einstellmuttern 27 versehen. Bei einer Bewegung im Bilde nach
links drückt die Stoßstange 26 auf eine Einstellstange 28 einer Einspritzpumpe 30 für flüssigen Brennstoff.
Der größte Hub der Stoßstange ist dabei durch den Anschlag der Muttern 27 gegen eine Stirnfläche 29
der Einspritzpumpe begrenzt. Zu diesem Zweck ist durch die Muttern 27 der Abstand S zwischen eier
Stirnfläche der äußeren Mutter und dem Ende der Stoßstance 26 einstellbar.
Die Einspritzpumpe erhält ihren Antrieb durch eine Welle 31 und fördert flüssigen Brennstoff, der
durch eine Leitung 32 zugeführt wird, durch Leitungen 33 den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine
zu. Die Stange 28 ist dabei in Läni>srichtung
verschiebbar und stellt entsprechend ihrer Einstellung die zur Einspritzung gelangende Menge von flüssigem
Brennstoff ein. In der Zeichnung ist das durch einen an der Stange 28 angebrachten Zeiger und durch die
Skala angedeutet. Die Stellung () bedeutet Stillstand der Maschine, die Stellung 1 die bei Gasbetrieb erforderliche
Zündölmenge und die Stellung 10 Vollastbetrieb mit flüssigem Brennstoff. Die Justierung der
Zündölmenge erfolgt mittels der beiden Muttern 27 durch Veränderung des Abstandes 5.
Die Stange 28 ist durch einen zweiarmigen Hebel 34 mit einer Einstellstange 35 einer ähnlich wie die
Pumpe 30 ausgebildeten Hubgeberpumpe 36 verbunden, die auf hydraulischem Wege die nicht dargestellten
Gasventile in den Gaseinblasleitungen der Brennkraftmaschine steuert. Die Pumpe 36 erhält ihren Antrieb
über eine Welle 37 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in der gleichen Weise wie die
Pumpe 30. Durch eine Leitung 38 wird der Hubgeberpumpe 36 ein hydraulisches Mittel, das z. B. Schmieröl
oder ebenfalls der flüssige Brennstoff sein kann, zugeführt. Die Pumpe steuert durch dieses Mittel über
Steuerleitungen 39 die Dauer bzw. die Höhe des Hubes der Gasventile. Die Regelung erfolgt in ähnlicher
Weise wie bei der Pumpe 30 durch die Einstellstange 35. Deren Stellung 0 bedeutet eine Zufuhr, die Stellung
IO volle Zufuhr des gasförmigen Brennstoffes. Die Einstellstange 35 wird durch eine' Feder 40 im
Bilde nach links gezogen im Sinne einer Verminderung der dem Motor zugeführten Gasmenge. Die Bewegung
der Einstellstange in dieser Richtung ist durch einen Anschlag 48 begrenzt.
Der zweiarmige Hebel 34 ist über einen Winkelhebel 41 und eine Stange 42 mit dem Ausgangshebel
43 eines Drehzahlreglers 44 verbunden, dessen Sollwerthebel 45 durch eine Stange 46 mit einem Einstellhebel
47 am Bedienungsstand der Maschine verbunden ist.
Durch Einstellung des Hebels 47 wird in an sich bekannter Weise über den Regler 44 und den Hebelmechanismus
41, 42 eine Einstellung der abzugebenden Last der Maschine durchgeführt. Dabei ermöglicht
der zweiarmige Hebel 34 eine ergänzende Einstellung der beiden Pumpen 30 und 36. Durch die
Einstellung des Hebels 41 wird der Gesamtmenge des zur Verbrennung gelangenden flüssigen und gasförmigen
Brennstoffes bestimmt. Der Hebel 34 sorgt dafür, daß, je mehr an flüssigem Brennstoff zur Einspritzung
gelangt, d. h. je weiter rechts sich in der Zeichnung die Stange 28 befindet, um so weniger vom
gasförmigen Brennstoff der Verbrennung zugeführt wird, d. h., daß um so weiter die Stange 35 nach links
verschoben wird. Steht die Stoßstange 26 in ihrem — wie gezeichnet —· rechtsseitigen Anschlag (Gasdruck
unter dem Minimalwert), so sorgt die Feder 40 dafür, daß die Einstellstange 35 der Hubgeberpumpe
36 gegen den Anschlag 48 gezogen wird, also kein Gas in den Motor gelangen kann.
Übersteigt jedoch der Gasdruck in der Steuerleitung 21 den unteren Grenzwert, wird im Bilde die
Stoßstange 26 und mit ihr die Einstellstange 28 nach links verschoben und dadurch die Menge des zur Einspritzung
gelangenden flüssigen Brennstoffes vermindert. Gleichzeitig wird eine um so größere Menge an
gasförmigem Brennstoff der Verbrennung in der Maschine zugeführt.
Der Druck in der Leitung 21 bildet ein Maß für die Menge des im Behälter 1 durch Verdampfung anfallenden
Gases. Je nachdem, wie sich der Druck im Behälter 1 ändert, ändert sich durch den Einfluß des
Reglers 16 auch der Druck vor dem Kompressor 12 und somit auch der Druck in der Rohrleitung 18.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Anlage die im Behälter 1 anfallende Gasmenge größer ist als die
Brennkraftmaschine verbrauchen kann, so steigt der
Druck im Behälter so weit an, daß das Überdruckventil 7 öffnet und den Überschuß in die Atmosphäre
abbläst. Wenn andererseits durch hohen Verbrauch der Gasdruck im Behälter 1 unter den zulässigen
Wert sinken sollte, so schließt der Regler 16 das Drosselorgan 11 vollständig, und der Betrieb der
Brennkraftmaschine erfolgt nur mit flüssigem Brennstoff. Normalerweise steuert jedoch der Regler 16 das
Drosselorgan 11 so, daß die abgesaugte Gasmenge jeweils genau der verdampften Gasmenge entspricht
und der Druck im Behälter 1 auf einem zwischen den Extremwerten befindlichen Druck gehalten wird. Entsprechend
wird durch die beschriebene Anordnung der Brennkraftmaschine jeweils der fehlende Energieanteil
in Form von flüssigem Brenstoff zugeführt, ausgenommen in Fällen, wo die Menge des verdampften
Brennstoffes voll für den augenblicklichen Betrieb der Maschine ausreicht oder sogar die erforderliche
Menge überschreitet.
Die erfindungsgemäße Anlage gestattet somit einen kontinuierlichen gemischten Betrieb mit Gas und flüssigem
Brennstoff, ohne plötzliche Umschaltungen von einem Brennstoff auf den anderen. Die erfindungsgemäße
Anlage verwendet dabei einen einzigen, auf den Gasfluß zur Brennkraftmaschine wirkenden as
Druckregler, nämlich den Regler 16, so daß wegen der Einfachheit der Regelung Störungen, deren Gefahr
beim Zusammenwirken mehrerer Regler besteht, entfallen. Dadurch, daß der Kompressor 12 das Gas
jeweils nur gegen einen Gegendruck fördert, der von der anfallenden Gasmenge abhängig ist, wird weniger
Energie für dessen Antrieb benötigt als bei der sonst üblichen Drosselregulierung auf der Druckseite. Der
Energieverbrauch des Kompressors läßt sich noch weiter dadurch vermindern, daß man als Antriebsmotor
13 des Kompressors 12 einen Motor mit veränderlicher Drehzahl vorsieht und diesen entsprechend
der anfallenden Gasmenge bzw. dem Druck in der Förderleitung mit verschiedener Drehzahl laufen
läßt. Auf diese Weise ist es möglich, den Kornpressor
jeweils in einem optimalen Arbeitsgebiet laufen zu lassen und dabei jeglichen Drosselverlust zu
vermeiden.
Das Dnickminderungsorgan 23 wird, wie erwähnt, während des normalen Betriebes so eingestellt, daß
der volle Druck der Druckleitung 18 auf den Druckfühler 22 bzw. dessen Membrankörper 24 wirkt. Bei
einer anderen Einstellung des Druckminderungsorgans 23 wird nur ein Teil der verfügbaren Gasmenge
verbraucht und der Rest z. B. abgeblasen oder einer anderen Verwendung zugeführt. Das kann z. B.
dann sinnvoll sein, wenn bei dem betreffenden Gas im Motor Klopferscheinungen auftreten und die Gasmenge
zur Schonung des Motors verringert werden muß. Selbstverständlich kann der direkt wirkende
Druckfühler 22 auch als indirekte Servosteuerung ausgebildet sein.
Claims (2)
1. Kraftanlage mit einer Dieselbrennkraftmaschine für Betrieb mit flüssigem Brennstoff und
Gas, welches durch Verdampfung in einem Behälter für verflüssigtes Gas anfällt, mit einem
Kompressor, der in der Gasleitung zwischen dem Behälter und der Brennkraftmaschine angeordnet
ist, einem Druckregler sowie mit Einrichtungen zur Bemessung der Mengen des zugeführten
flüssigen und gasförmigen Brennstoffes, die durch eine Differentialvorrichtung miteinander verbunden
sind, wodurch bei Anstieg der einen Menge die andere Menge vermindert wird, indem ein
Druckfühler auf das Einstellgestänge einer der Bemessungseinrichtungen gegen die Kraft einer
Feder einwirkt, welche auf die Differentialvorrichtung im Sinne einer Verminderung des Gasanteils
einwirkt und wobei bei ungenügendem Gasanfall die Gasentnahme aus dem Behälter unterbrochen
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (11, 16) in der Gasleitung (5) zwischen
dem Behälter (1) und dem Kompressor (12) angeordnet ist, vor und nach dem Kompressor
einen dem Gasanfall entsprechenden Druck im Sinne einer jeweils der verdampften Gasmenge
entsprechenden abgesaugten Gasmenge aufrechterhält und bei ungenügendem Gasanfall die Gasentnahme
aus dem Behälter unterbricht und daß der Druckfühler (22) die Einrichtungen (30, 36)
zur Bemessung der Brennstoffmengen in Abhängigkeit vom Förderdruck des Kompressors (12)
derart einstellt, daß in an sich bekannter Weise bei einem Anstieg des Druckes die der Maschine
zugeführte Gasmenge vergrößert und die des flüssigen Brennstoffes verkleinert wird, und umgekehrt.
2. Kraftanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Regelorgan (23), mittels dessen der
auf den Druckfühler wirkende Steuerdruck gegen-' über dem Förderdruck des Kompressors (12) in
einem beliebigen Verhältnis reduziert werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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