DE2828585A1

DE2828585A1 - Leistungssteuervorrichtung fuer heissgasmotoren

Info

Publication number: DE2828585A1
Application number: DE19782828585
Authority: DE
Inventors: Karl Olov Ragnar Groenvall
Original assignee: Foerenade Fabriksverken AB
Current assignee: Foerenade Fabriksverken AB
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1979-01-25
Also published as: US4179891A; JPS5417445A; JPS5740338B2; GB1551800A; SE398146B; NL7807302A

Description

Leistungssteuervorrichtung für Heißgasmotoren

Die Erfindung betrifft eine Leistungsst' Heißgasmotoren, die geeignet ist, eine vorgegebene Drehzahl des Motors ohne Rücksicht auf die Leistungsabgabe aufrecht zu erhalten, und bei welcher die Leistungsabgabe durch Variation der Menge des Arbeitsgases in dem Motor gesteuert wird. Diese Vorrichtung umfaßt einen Generator, eine Elektronikeinheit, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der angestrebten und der tatsächlichen Drehzahl des Motors liefert, Magnetventile, die die Menge des Arbeitsgases in dem Motor steuern,und einen Kompressor sowie einen Vorratstank für das Arbeitsgas. Eine Leistungssteuervorrichtung dieses Typs ist beispielsweise in der US-PS 3 999 388 beschrieben.

Im Prinzip arbeitet eine derartige Vorrichtung in der Weise, daß dann, wenn eine höhere Leistung benötigt wird, ein Magnetventil einen Durchlass von dem Vorratstank zu den Arbeitsgasräumen des Motors öffnet. Falls eine geringere Leistung benötigt wird, wird eine Leitung von der Druckseite des Kompressors zu dem Vorratstank geöffnet, wobei ein Rückschlagventil sicherstellt, daß der Fluß des Arbeitsgases nur in dieser' Richtung erfolgen kann. Wenn die Leistungsabgabe des Motors vollständig unterbrochen werden soll, werden die Arbeitsgasräume des Motors kurzgeschlossen, was eine Beendigung der Leistungsabgabe bewirkt.

Bei den bekannten LeistungsSteuervorrichtungen findet eine größere Anzahl von Magnetventilen, Rückschlagventilen und Gasleitungen Verwendung.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfachere, billigere und zuverlässigere Leistungssteuervorrichtung anzugeben, die weniger Leistung verbraucht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Rückschlagventil, das den Gasfluß in Richtung auf den Kompressor gestattet und eine magnetgesteuerte Vorrichtung aufweist, welche dieses in die Lage versetzt, auch in der entgegengesetzten Richtung zu öffnen, in einer Leitung angeordnet wird, die den Arbeitsraum des Kompressors mit den Arbeitsgasräumen des Motors verbindet. Auf diese Weise wird erreicht, daß drei Ventilfunktionen der bekannten Leistungssteuervorrichtung durch ein einziges Ventil ersetzt woraus sich eine einfachere Leitungsführung und eine vollständige Entlastung des Kompressors während der Perioden konstanter Leistungsabgabe ergeben.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Fig. 1 und 2 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Leistungssteuervorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Leistungssteuervorrichtung gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 gezeigte Motor umfaßt ein Kurbelgehäuse 1, das eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) enthält. Die Kurbelwelle wird von Pleuelstangen 2,3 angetrieben, die mit Kreuzköpfen 4,5 verbunden sind. Diese sind wechselseitig mit Kolbenstangen 6,7 und Kolben 8,9 verbunden, die in den Zylindern 10,11 beweglich gelagert sind. Die zwei ersten Zylinderräume 12,13, welche sich unter den Kolben 8,9 befinden, stehen über eine

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erste Leitung 14, welche einen Behälter 15 umfaßt, direkt miteinander in Verbindung. Die zweiten zwei Zylinderräume 16, 17 über den Kolben 8 und 9 sind über einen Kühler 18, einen Regenerator 19 und eine Anzahl von Heizrohren 20, von denen nur zwei dargestellt sind, miteinander verbunden, welche dicht um eine Brennkammer (nicht dargestellt) angeordnet sind.

Ein Fortsatz der Kolbenstange 6 über dem Kolben 8 bildet eine Kompressorkolbenstange 21, die mit einem Kompressorkolben 22 ausgestattet ist, der in einem Kompressorzylinder 23 arbeitet. Eine zweite Leitung 24 enthält ein erstes Rückschlagventil 25 und verbindet den Kompressorzylinder 23 mit dem Vorratstank 26, welcher das Arbeitsgas - beispielsweise Helium enthält. Ein von Hand bedienbares Ventil 27 ist ebenfalls in der zweiten Leitung 24 eingefügt.

Einedritte Leitung 28, welche von der zweiten Leitung 24 abgezweigt ist, ist mit einem ersten Magnetventil 29 ausgestattet und führt zu einer vierten Leitung 30 zwischen zwei' Drosseln 31 und 32 in der vierten Leitung 30, die eine fünfte Leitung 33 verbindet, die mit dem oberen Ende des Zylinders 10 in Verbindung steht,und eine sechste Leitung 34, die mit dem unteren Ende des Zylinders 10 verbunden ist. Die fünfte Leitung 33 und die sechste Leitung 34 sind außerdem untereinander über ein zweites Magnetventil 35 verbunden. Darüberhinaus steht die sechste Leitung 34 mit einem magnetgesteuerten zweiten Rückschlagventil 36 in Verbindung, das die sechste Leitung 37 mit der Saugseite des Kompressorzylinders 23 verbindet. Der Magnet kann das zweite Rückschlagventil 36 für den Durchfluß in beiden Richtungen offenhalten. Wenn das zweite Rückschlagventil 36 von dem Magneten nicht betätigt wird, gestattet dieses nur das Strömen des Gases in Richtung des Kompressorzylinders 23.

Ein von dem Motor angetriebener Generator 37 liefert eine

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Spannung, die zu der Elektronikeinheit 38 geführt wird und ein Ausgangssignal über das Kabel 39 im Verhältnis des Unterschieds zwischen der tatsächlichen und der angestrebten Drehzahl des Motors erzeugt. Dieses Signal steuert die Ventile 29,35 und 36.

Die Leistungssteuerung des in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen Motors funktioniert auf folgende Weise:

Die Pleuel 2 und 3 sind an einem gewöhnlichen Kurbellager an der nicht dargestellten Kurbelwelle gelagert. Die Zylinder 10 und 11 sind rechtwinklig zueinander angeordnet, wodurch die Kolben 8 und 9 sich in den Zylindern mit einer Phasenverschiebung von 90° bewegen. Die Gasmenge in den beiden zweiten Zylinderräumen 16 und 17 und in dem Kühler 18, dem Regenerator 19 und den Heizrohren 20 wird abwechselnd komprimiert, hauptsächlich in dem zweiten Zylinderraum 16 bei geringer Temperatur, und ausgedehnt in dem zweiten Zylinderraum 17 bei hoher Temperatur.

Wenn der Motor mit einer gewünschten Drehzahl läuft, erhält das erste Magnetventil 29 ein entsprechendes Signal, so daß es in geschlossener Position verbleibt. Das zweite Rückschlagventil 36 wird durch einen Hubmagneten in voll geöffneter Position gehalten, und das zweite Magnetventil 35 wird geschlossen gehalten. Die' Arbeitsgasmenge in dem Motor verändert sich nicht, und der Gasdruck auf beiden Seiten des Kompressorkolbens 22 ist gleich, so daß dieser nicht arbeitet.

Im Falle, daß der Motor eine größere Leistung erbringen soll - als ein Grund dafür sei genannt, daß die Drehzahl des Motors unter die gewünschte Drehzahl fällt - erhält das erste Magnetventil 29 ein Signal, sich zu öffnen. Vorausgesetzt, daß das Handventil 27 während der gesamten Arbeitszeit des Motors geöffnet ist, fließt jetzt das Arbeitsgas von dem Vorratstank 26 zu der vierten Leitung 30 und in alle erste und zweite Zylinderräume 12,13,16 und 17. Der Motor läuft nun mit einer

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größeren Arbeitsgasmenge, und die Leistungsabgabe wird solange steigen, bis die gewünschte Drehzahl erreicht ist. Das erste Magnetventil 29 schließt sich dann wieder.

Im Falle, daß die Leistung abnehmen soll - z.B. wenn die erreichte Drehzahl größer ist, als die gewünschte Drehzahl gibt die Elektronikeinheit 38 ein entsprechendes Signal ab, so daß der Hubmagnet am zweiten Rückschlagventil 36 keine Öffnung bewirkt. Der Kompressorkolben 22 beginnt nun Arbeitsgas aus der sechsten Leitung 34 - und somit aus allen Gasräumen des Motors,-die Arbeitsgas enthalten - in den Vorratstank 26 abzupumpen. Die Leistungsabgabe des Motors nimmt proportional zu dem abnehmenden Druck des Arbeitsgases ab, und die Motordrehzahl verringert sich. Sobald die gewünschte Drehzahl erreicht ist, erhält der Hubmagnet des zweiten Rückschlagventils 36 ein Signal, sich wieder zu öffnen, wodurch das Abpumpen von Arbeitsgas in den Vorratstank beeendet wird.

Falls die Motordrehzahl plötzlich wesentlich ansteigt - z.B. weil plötzlich jegliche Belastung von dem Motor genommen wird gibt die Elektronikeinheit 38 ein Öffnungssignal an das zweite Magnetventil 35. Dieses bewirkt einen Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbens 8 und in der Folge auch in beiden Seiten des Kolbens 9. Aus diesem Grund kann der Motor keine Leistung abgeben, und die Drehzahl fällt ab.

Die beiden ersten Zylinderräume 12 und 13 unterhalb der Kolben 8 und 9 dienen einzig zur Entlastung der Kolben 8 und 9, der Kreuzköpfe 4 und 5 und des Kurbeltriebes von mechanischer Beanspruchung. Der Arbeitsgasdruck oberhalb der Kolben hat einen hohen Durchschnittswert - mehr als 10 MPa - urd die erste Leitung 14 mit dem Behälter 15 gewährleistet, daß die Druckunterschiede in den beiden ersten Zylinderräumen 12 und 13 klein bleiben. Aus diesem Grund werden die Kolbenringe der Kolben 8 und 9 keinem größeren Anpreßdruck als nötig ausge-

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setzt.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Leistungssteuervorrichtung für einen Heißgasmotor des gleichen Typs, wie in Fig. 1 gezeigt.

Nach Fig. 2 ist das zweite Magnetventil 35 mit einem Hydraulikkorben 50 ausgestattet, der den Hubmagneten aus Fig. 1 ersetzt. Der Hydraulikkolben 50 wird mit Öl beaufschlagt, welches von einer Ölleitung 51 geliefert wird, die mit einem Ventilgehäuse 52, in dem ein Schieber 53 angebracht ist, verbunden ist. Der Schieber 53 wird von, an Winkelhebeln befestigten, Massen (Fliehkraftregler) 54 bewegt, die an einer Welle 55 angebracht sind, welche sich mit einer zur Motordrehzahl proportionalen Drehzahl dreht. Das Ventilgehäuse 52 hat Anschlüsse 56 und 57 zu der Druckseite einer Ölpumpe 58 und auch zu einem Ölsumpf. Im Falle, daß die Motordrehzahl plötzlich wesentlich ansteigt, wird der Schieber 53 aufwärtsbewegt und verbindet die Druckseite der Ölpumpe 58 mit dem Hydraulikkolben 50.

Jegliche Störung im elektrischen System der Vorrichtung hat keinen schädigenden Einfluß auf die Sicherheit bei zu hoher Motordrehzahl eines Heißgasmotors , der mit einer Leistungssteuervorrichtung nach Fig. 2 ausgestattet ist.

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Leerseite

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. F. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

München 2 · BräuhausstraBe 4 · Telefon Sammel-Nr. 225341 · Telegramme Zumpat · Telex 529979

8/Li

Akt Nr. 94 FFV

FÖRENADE FABRIKSVERKEN, Eskilstuna/Schweden

PATENTANSPRÜCHE

Leistungssteuervorrichtung für Heißgasmotoren, die eine vorgegebene Motordrehzahl ohne Rücksicht auf die Leistungsabgabe aufrechterhält und bei welcher die Leistungsabgabe durch Variation der Arbeitsgasmenge in dem Motor gesteuert wird, die einen Generator umfaßt und eine Elektronikeinheit, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der angestrebten und der tatsächlichen Motordrehzahl liefert, Magnetventile, welche die Menge des Arbeitsgases in dem Motor steuern, einen Kompressor und einen Vorratstank für das Arbeitsgas, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil(zweites,36)' den Durchgang in Richtung auf einen Kompressorkolben (22) und einen Kompressorzylinder (23) gestattet und mit einer magnetgesteuerten . Einrichtung ausgestattet ist, die 809884/0761

ein Öffnen ebenso in der entgegengesetzten Richtung ermöglicht und in einer Leitung(sechsten,.34)angeordnet ist, die den Kompressorzylinder (23) des Kompressors mit den ersten und zweiten Zylinderräumen (12,13,16,17) für das Arbeitsgas des Motors verbindet.
2. LeistungsSteuervorrichtung nach Anspruch 1, die ein Magnetventil umfaßt, das die ersten und zweiten Zylinderräume, die erste Leitung und den Behälter über Leitungen verbindet, die einen geringen Strömungswiderstand aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetventil (zweites,35) zwischen das magnetgesteuerte Rückschlagventil (zweite,36) dessen Leitung (sechste,34) zu den ersten und zweiten Zylinderräumen (12,13,16,17), welche das Arbeitsgas enthalten, eingefügt ist.
3. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (zweite,35) servogesteuert wird mit Hilfe einer Ölhydraulik, die von einem durch Zentrifugalkraft betätigten Schieber (53) gesteuert wird.

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