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Mehrstufiger Kompressor mit umlaufenden Flügeln%für Explosionskraftmaschinen.
Die bisher bekannten Kompressoren mit umlaufenden Kolben mit mehreren Verdichtungsstufen
sind so ausgebildet, daß für jede Verdichtungsstufe ein besonderer Kompressor, z.
B. bestehend aus einer Scheibe nebst Flügeln, Anwendung findet. Hieraus ergeben
sich eine Vergrößerung der Baulänge in achsialer Richtung, ein erhöhtes Gewicht,
verteuerte Herstellung, gesteigerter Kraftverbrauch undVerringerung des mechanischen
Wirkungsgrades.
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Gemäß der Erfindung werden zwei oder mehr Kompressionsstufen unter
Benutzung einer einzigen Scheibe bei jeder Umdrehung
der letzteren
erzeugt, wodurch die gekennzeichneten Nachteile der bisherigen mehrstufigen Umlaufkompressoren
beseitigt werden.
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Zu diesem Zweck werden z. B. für eine zweifache Kompression zwei Austrittskanäle
so hintereinandergeschaltet, daß zuerst der Austrittskanal der ersten Verdichtungsstufe
gespeist wird und nach Abschluß dieses Austrittskanals die zweite Verdichtungsstufe
beginnt, um den zweiten Austrittskanal zu beliefern.
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Bei drei oder mehr Verdichtungsstufen wäre sinngemäß zu verfahren.
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Der Erfindungsgegenstand eignet sich für alle Anwendungszwecke, bei
denen Kompressoren oder Verdichter mit umlaufenden Kolben in Frage kommen.
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Ein besonderes Anwendungsgebiet findet ein gemäß der Erfindung ausgebildeter
zweistufiger Kompressor in Verbindung mit Zweitaktverbrennungskraftmaschinen und
unter Umständen in Verbindung mit Dieselmotoren. Bei Zweitaktverbrennungskraftmaschinen
beispielsweise mit Brennstoffeinspritzung dient das bei der ersten Verdichtungsstufe
gewonnene Druckmittel zur Spülung der Zylinder und das in der zweiten Stufe verdichtete
Mittel zur Zerstäubung des Brennstoffes.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Regelung
derart erfolgen, daß nach Bedarf nicht sämtliche Druckstufen nutzbar gemacht werden,
sondern z. B. nur die N iederdruckstufe allein oder nur die Nieder- und Mitteldruckstufe,
während die Hochdruckstufe abgeschaltet wird, oder es kann beispielsweise die Niederdruckstufe
zugleich mit der Mitteldruckstufe abgeschaltet werden, so daß nur die Hochdruckstufe
bzw. die Mittel- und Hochdruckstufe wirksam sind.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i die Vorderansicht bei abgenominenem Deckel
und teilweisem Schnitt eines Kompressors mit drei Flügeln, Abb. 2 eine Vorderansicht
eines Kompressors mit sechs Flügeln.
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Abb.3 zeigt ein Druckdiagramm für eine Umdrehung des Rotationskompressors
nach Abb. i.
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Abb. 4 ist das Diagramm des Arbeitsvorganges in dem Zylinder eines
Zweitaktmotors, der durch einen gemäß der Erfindung wirkenden Kompressor Spülluft
und Zerstäuberluft zugeführt erhält.
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Abb. 5 zeigt das Kurbeldiagramm zu Abb. d .
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. i läuft innerhalb des Gehäuses
g, exzentrisch zu diesem, ein Ring r, in dessen Zapfen s drei Flügel a, a',
a" radial verschiebbar sind. Die Flügel greifen mittels Führungsstücke f in eine
kreisrunde Führungsnut h, deren Mittelpunkt außerhalb der Achse der Antriebswelle
liegt.
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Das Gehäuse g ist mit einem Lufteinlaß h versehen und besitzt zwei
Austrittskanäle c und d. die in der Umlaufrichtung des Kompressors hintereinander
angeordnet sind.
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Der Arbeitsvorgang des Ausführungsbeispiels nach Abb. i ist folgender:
Wenn der Flügel a in der Stellung I der Abb. i angekommen ist, hat er auf seinem
Wege von der Stellung VI bis zur Stellung I hinter sich einen luftverdünnten Raum
geschaffen, so daß die Luft aus dem Saugstutzen bin den sichelförmigen Raum zwischen
dem Ringstück r und der Gehäusewand hinter den Flügel a einströmt. Die Saugperiode
innerhalb des Raumes hinter dem Flügel a dauert so lange, bis der Flügel a von der
Stellung I bis zur Stellung II gelangt ist. In der gleichen Zeitperiode erreicht
der Flügel a" die Stellung I und schließt hierbei die Saugperiode des Fliigels a
ab.
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Das dann zwischen den Flügeln a und a" eingeschlossene Volumen Va
ist das Ansaugvolumen, welches bei der weiteren Drehung der Flügel a und a" zwischen
beiden komprimiert wird, und zwar innerhalb des Kompressionswinkels a'. Nach Zurücklegung
des letzteren rückt der Flügel a in die Stellung III und öffnet von da ab den Auslaßkanal
c der Niederdruckstufe.
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Bei Anwendung auf Zweitaktmotoren strömt die in der ersten Stufe verdichtete
Luft durch den Auslaßkanal c als Spülluft in den Zuführungskanal des zugehörigen
Motorzylinders.
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Während der Flügel a aus der Stellung III in die Stellung IV übergeht,
bleibt der Druck annähernd derselbe während des hierbei erfolgenden Übertritts in
den Zylinderraum. Bei Erreichung der Stellung IV ist vor dem Flügel das gestrichelt
gekennzeichnete Volumen Z'z eingeschlossen, das bei Anwendung auf Zweitaktmotoren
die zur Zerstäubung und Einspritzung des Brennstoffs nötige Luftmenge liefert. Diese
kann beliebig z. B. io bis 2o Prozent der Gesamtluftmenge darstellen und hat einen
Anfangsdruck entsprechend der Stellung IV, der bis zur Erreichung der Stellung V
weiterhin gesteigert wird. Dieser Enddruck, entsprechend der Stellung V, kann innerhalb
bestimmter Grenzen beliebig gehalten werden und hängt von der Regulierung eines
Austrittskanalventils oder von dem im Arbeitszylinder des Motors herrschenden Gegendruck
(vgl. Abb. q.) ab.
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Durch den Kanal d strömt die Luft aus
der zweiten
Verdichtungsstufe ab, und zwar bei Anwendung auf Zweitaktmotoren als Zerstäuberluft
durch das Zerstäuberv entil in den Arbeitszylinder.
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Die Abschlußkante x des Ansaugkanals b
kann in der Drehrichtung
einstellbar gemacht werden, so daß z. '>. die Ansaugperiode bis x' reicht. Durch
d.,se Einstellung wird bezweckt, die Strömung der bewegten Luft oder Gemischmasse,
die sie infolge ihrer lebendigen Kraft nach Abschluß der Saugperiode noch besitzt,
nicht vorzeitig zu unterbrechen und so den Füllungsgrad, daher auch den Wirkungsgrad
dez Kompressors zu verbessern. Die Verstellung der Abschlußkante x kann z. B. dadurch
erfolgen, daß eine Büchse zwischen Rotor und Gehäuse eingeschaltet wird, die einen
entsprechenden Schlitz erhält.
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In Abb.3 sind die Druckdiagramme des Kompressors nach Abb. i und a
ersichtlich. Die Flügelstellungen I bis VI nach Abb. i entsprechen den Druckhöhen
I bis VI im Diagramm der Abb. 3.
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Die Abb. 4 und 5 zeigen das Druck- und Kurbeldiagramm eines Zylinders
eines Zweitaktmotors, der in Verbindung mit dem Kompressor nach Abb. i und 2 arbeitet.
i ist die Expansionskurve der entzündenden Gase im Motorzylinder, 2 ist der Beginn
des Auspuffes, 3 die Kompressionskurve des Gemisches. Während des Auspuffes beginnt
die Spülung bei III; während der Zerstäubungs-und Einspritzdruck nach dem Diagramm
der Abb. 3 und .I von III bis IV auf gleicher Höhe verläuft, sinkt der Spüldruck
innerhalb des Motorzylinders bei geöffnetem Auslaßventil desselben von III bis IV'
(Abb.4) bzw. von III bis I (Abb.3); die gesamte Fördermenge des Kompressors teilt
sich also bei III in den größeren Teil für Spülzwecke und einen kleineren Teil für
die Einspritzung und Zerstäubung des Brennstoffes.
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Die im Kompressor weiterhin verbleibende Luft wird in der zweiten
Stufe von IV bis V weiterkomprimiert. Von V ab beginnt (s. auch Abb. d.) die Zerstäubung
und Einspritzung des Brennstoffes bis VI. Da nach Schluß der Spülkanäle im Motorzylinder,
also bei Beginn der Kompression, die Drücke im Zylinder noch sehr gering sind, braucht
auch der zur Zerstäubung des Brennstoffes nötige Überdruck nicht hoch zu sein, so
daß der Kompressor auch für die zweiteVerdichtungsstufe noch einen guten Wirkungsgrad
besitzt.
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Abb. 5 läßt ersehen, wie die einzelnen Perioden aufeinanderfolgen;
aan ist die Auspuffperiode, as» die Spülperiode und az die Zerstäubungsperiode.
Letztere beginnt gleich nach Schluß der Spülperiode und dauert beliebig, etwa 3o
bis 5o°, während die Zündung erst im oberen Totpunkt (O. T. P.) erfolgt.
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Das Ausführungsbeispiel der Abb. 2 unterscheidet sich von demjenigen
der Abb: i dadurch, daß statt dreier Flügel sechs Flügel vorgesehen sind, und zwar
wiederum für zwei Verdichtungsstufen. Die Arbeitsweise dieses Kompressors entspricht
sinngemäß derjenigen nach Abb. i. Das Ansaugen erfolgt wiederum durch einen Kanal
b. Die Ansaugperiode dauert an, bis der Flügel a die Stellung 1I erreicht hat. Das
zwischen den Stellungen I und II befindliche Volumen Va ist das Ansaugvolumen. Bei
III beginnt wiederum das Abströmen der in der ersten Stufe verdichteten Luft, und
bei I`7 beginnt die zweite Verdichtungsstufe.
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Bei Anordnung von mehr als zwei Stufen, z. B. bei drei Stufen, würde
statt der zwei Ausströmkanäle c und d. nach Abb. i und a noch ein dritter Ausströmkanal
hinter dem Kanal d anzuordnen sein.
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Die einzelnen Ausströmkanäle c, d usw. können durch Absperrorgane
verschließbar sein, so daß jeder einzelne Ausströmkanal für sich absperrbar ist.
Wird beispielsweise bei der Anordnung der Abb. i der Kanal c abgesperrt, dann wirkt
der Kompressor lediglich als Hochdruckkompressor.