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Brennkraftverdichter mit Freiflugkolben Die Erfindung bezieht sich
auf einen Brennkraftverdichter mit Freiflugkolben und Vorverdichtung der in den
Brennkraftteil eingeführten Verbrennungsluft oder des Brennkraftgemisches.
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Es ist bei derartigen Brennkraftverdichtern schon bekannt, die Speiseluft
des Brennkraftzylinders etwas, z. B. 2/1o Atmosphären, über den umgebenden Druck
vorzuverdichten und diese Verdichtungsarbeit durch die Rückseite der Verdichterkolben
zu leisten.
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Mit dieser verhältnismäßig geringfügigen Vorverdichtung der Verbrennungsluft
läßt sich weder die Leistung der Maschine wesentlich steigern, noch läßt sich die
Leistung der Maschine durch Änderung der Höhe der Vorverdichtung regeln.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Lieferleistung des Verdichters
in wirtschaftlicher Weise in weiten Grenzen veränderlich zu machen und dabei gleichzeitig
das Verhältnis zwischen dem Gewicht und dem Platzbedarf der Maschine einerseits
und der Vollastleistung der Maschine andererseits wesentlich über das bisher erreichte
Maß zu steigern.
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Zu diesem Zweck wird der Druck der dem Brennkraftzylinder zugeführten
vorverdichteten Spül- und Speiseluft in,weiten Grenzen (d. h. in der Größenordnung
von mehreren Atmosphären) entsprechend der Leistung des Verdichters veränderlich
gemacht und gleichzeitig wird die Verbrennungsluft mindestens im normalen Betrieb
von einer besonderen, von dem Flugkolbenverdichter getrennten Maschine geliefert.
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Die Veränderlichkeit des Druckes der Spül-und Speiseluft in der Größenordnung
von mehreren Atmosphären entsprechend der Leistung des Verdichters hat zur notwendigen
Folge, daß der Druck der Spül- und Speiseluft bei der normalen Belastung der Maschine
weit
über den bisher üblichen Drücken der Spül- und Speiseluft liegt. Für die Erzielung
so hoher Drücke der Spül- und Speiseluft ist aber die Lieferung dieser Luft durch
eine von dem Flugkolbenverdichter getrennte Maschine unerläßlich.
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Die Veränderung des Druckes der Spül-und Speiseluft in weiten Grenzen
wird dadurch ermöglicht, daß Flugkolbenverdichter die Eigenheit haben, hinsichtlich
der inneren Totpunktstellung ihrer Kolben nicht festgelegt zu sein. Bei hohen Spülluftdrücken
kann die innere Kolben-Totpunktstellung weiter nach außen und bei niedrigeren Spülluftdrücken
kann die innere Totpunktstellung der Kolben weiter nach innen liegen, so daß immer
ein günstiger Kompressionsenddruck im Brennkraftzylinder erzielt wird. Ganz anders
ist die Sachlage bei Kurbelwellenmaschinen, bei denen die innere Totpunktstellung
der Kolben festliegt, so daß eine wesentliche Veränderung des Speisedruckes bei
den letztgenannten Maschinen entweder zu Fehlzündungen oder zu Drücken, die die
Maschine zerstören, führen muß.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß schon ein Treibgaserzeuger mit
Flugkolben bekannt ist, bei dem die dem Verdichterteil zugeführte Druckluft durch
ein Gebläse vorverdichtet wird, worauf dann die im Verdichterzylinder verdichtete
Druckluft die Spül-und Speiseluft des Brennkraftzylinders bildet. Die Verhältnisse
bei einem solchen Treibgaserzeuger sind wesentlich andere als bei einem Flugkolbenverdichter,
da ja bei ersterem sämtliche im Verdichterzylinder verdichtete Druckluft als Spül-
und Speiseluft des Brennkraftzylinders dient, während es für die Erfindung gerade
charakteristisch ist, daß die dem Brennkraftzylinder zuströmende Druckluft aus einer
von dem Flugkolbenverdichter getrennten Maschine stammt und die in dem Verdichterzylinder
verdichtete Druckluft zu irgendwelchen Verwendungszwecken unmittelbar aus dem Flugkolbenverdichter
herausgeleitet wird.
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Außerdem besteht bei dem in Rede stehenden bekannten Treibgaserzeuger
nicht die Möglichkeit der Veränderung der Totpunktstellungen der Kolben. Denn dieser
Treibgaserzeuger ist als sog. Tandemmaschine ausgebildet, die an ihren beiden Enden
Brerinkraftzylinder aufweist, welche das ein starres Ganze bildende Kolbenaggregat
durch abwechselnd erfolgende Brennstoffverbrennungen in eine hin und her gehende
Bewegung versetzen. Bei einer solchen Maschine ist der innere Totpunkt der einen
Maschinenseite zwangsläufig mit dem äußeren Totpunkt der anderen Maschinenseite
gekuppelt. Dies-;hat zur Folge, daß die Totpünktlagen immer die gleichen sein müssen,
so daß jede Veränderung des Kolbenhubes unmöglich ist. Bei den Flugkolbenverdichtern
jedoch, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind die innere und äußere
Totpunktlage der Flugkölben unabhängig voneinander. Erst dadurch wird eine Veränderlichkeit
der inneren und äußeren Kolben-Totpunktstellungen ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird zugleich mit der
Veränderung des Druckes der Speiseluft des Brennkraftzylinders auch der Druck in
dem oder den Verdichterzylindern geändert, und zwar derart, daß einem Steigen des
Druckes der Speiseluft des Brennkraftzylinders ein Ansteigen des mittleren Druckes
in dem oder den Verdichterzylindern und einem Fallen des Druckes der Speiseluft
des Brennkraftzylinders ein Fallen des mittleren Druckes in dem oder den Verdichterzylindern
entspricht. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß immer die in dem oder den Verdichterzylindern
absorbierte Verdichtungsarbeit der im Brennkraftzylinder geleisteten motorischen
Arbeit entspricht, so daß in der Maschine Leistungsgleichgewicht herrscht.
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Die Veränderung des Druckes der Spül-und Speiseluft des Brennkraftzylinders
beeinflußt naturgemäß auch die Leistung, die notwendig ist, um im Brennkraftzylinder
die für die gute Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes notwendige Motorkompression
zu erzielen. Die letzgenannte Leistung wird vielfach mindestens zum großen Teil
von zusätzlichen Speicherkissen geliefert, die während des Arbeitshubes des oder
der Freiflugkolben Energie in sich aufspeichern und diese Energie beim Rückhub der
Kolben an letztere wieder abgeben.
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Um in diesem Fall die Leistung der zusätzlichen Speicherkissen mit
dem Leistungsbedarf für die Motorkompression in Übereinstimmung zu bringen, ist
gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung die Rückführenergie der Speicherkissen
in Abhängigkeit von der Höhe des Vorverdichtungsdruckes der Spül- und Speiseluft
des Brennkraftzylinders, beispielsweise durch Beeinflussung des Anfangsdruckes in
den Speicherkissen, veränderlich.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Die Fig. i bis q. stellen vier verschiedene Ausführungsformen der
Erfindung schematisch teils im Schnitt, teils in Ansicht dar.
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In den Figuren ist mit i ein Brennkraftzylinder bezeichnet, in dessen
Wandungen die Einlaßöffnungen z und die Auslaßöffnungen 3 hineingearbeitet sind.
Der Zylinder i arbeitet mit zwei Brennkraftkolberi q.' und 4.2 zusammen,
von
denen wenigstens der eine mit dem Verdichterkolben verbunden ist. Die Energie zur
Rückführung der Flugkolben in ihre innere Totpunktstellung, bei welcher zwischen
ihnen der Kompressionsenddruck im Brennkraftzylinder i herrscht, wird durch Energiespeicher
geliefert, die durch zusätzliche Luftpolster 8 gebildet werden. Diese Luftpolsterspeicher
nehmen in an sich bekannter Weise beim Auswärtshub der Kolben Energie in sich auf,
um diese beim Einwärtshub der Kolben an letztere wieder abzugeben.
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Der Brennkraftzylinder i wird mit vorverdichteter Verbrennungsluft
gespeist, deren Druck erfindungsgemäß in weiten Grenzen veränderlich ist und die
dem Brennkraftzylinder von einer Maschine geliefert wird, die von dem eigentlichen
Flugkolbenbrennkraftverdichter getrennt ist. Zur Erzeugung der vorverdichteten Verbrennungsluft
dient bei den Ausführungsformen der Fig. i bis 3 ein Gebläse 5, das vorzugsweise
von einer Turbine 6 angetrieben wird, die durch die Auspuffgase des Brennkraftteils
der Flugkolbeninaschine in Gang gesetzt wird. Ferner sind Einrichtungen, von denen
weiter unten ausführlicher gesprochen wird, vorgesehen, mit deren Hilfe der Förderdruck
des Gebläses 5 regelbar ist.
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Bei der in Fig. q. dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird
als Verbrennungsluft die unvollständig entspannte Druckluft, die vorher in einer
Hochdruckturbine 7 gearbeitet hat, dem Brennkraftzylinder i zugeführt. Die Hochdruckturbine
7 ist eine Maschine, die nach außen Nutzarbeit abzugeben in der Lage ist und die
durch die Druckluft betrieben wird, welche in der Flug= kolbenmaschine erzeugt ist.
Auch in diesem Fall sind Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe der Spannungsabfall,
den die Druckluft in der genannten Turbine erfährt, regelbar ist, um auf diese Weise
die Höhe der Vorverdichtung der dem Brennkraftteil der Flugkolbenmaschine zuströmenden
Verbrennungsluft regeln zu können.
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Es muß dafür gesorgt werden, daß die im Verdichterteil der Flugkolbenmaschine
absorbierte Arbeit - immer der im Brennkraftzylinder i erzeugten Arbeit entspricht.
Da mit einer Steigung des Druckes der Verbrennungsluft des Brennkraftzylinders i
auch eine Erhöhung der im Brennkraftzylinder erzeugten Leistung verbunden ist, muß
auch die im Verdichterzylinder absorbierte Leistung erhöht werden und umgekehrt.
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Die im Verdichterteil wirksam werdende Energie kann dadurch verändert
werden, daß der Verdichterteil mit Überdruck gespeist wird, und zwar derart, daß
der Speisedruck des Verdichterteils zu dem Speisedruck des Zylinders i immer ein
etwa gleichbleibendes Verhältnis hat. Man kann ab r auch den Ausstoßdruck des Verdichterteils
verändern, und zwar derart, daß das Verhältnis dieses Ausstoßdruckes zu dem Speisedruck
des Brennkraftzylinders i stets annähernd konstant bleibt.
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Die erste der beiden genannten Lösungsformen ist bei dem Gegenstand
der Fig. i verwirklicht. In dieser Figur ist eine Flugkolbenmaschine dargestellt,
deren freifliegende Brennkraftkolben 41 und d.= an Verdichterkolben 91 und 92 angeschlossen
sind. Die Verdichterkolben sind in Zylindern iol und io° gleitbar. Die Wände der
genannten Zylinder und die Außenseiten der Kolben 91 und 92 bilden Verdichterräume
i il und 11°, aus denen die verdichtete Luft durch Leitungen 12 eurer oder mehreren
Verbrauchsmaschinen, die eine Nutzleistung abgeben, zugeführt wird.
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Der rechte und der linke Teil der Fig. i stellen zwei verschiedene
Ausführungsformen dar. Gemäß dem rechten Teil der Fig. i wird der Verdichterraum
11° dadurch mit vorverdichteter Luft gespeist, daß in dem Raum 13, der dem Raum
112 benachbart liegt, eine Vorverdichtung der Luft vorgenommen wird. Ferner sind
mit dem Raum 13 Steuermittel verbunden, die aus einem Einlaßventil 14 und einem
Dreiwegehahn 1q.' bestehen. Das Einlaßventil ermöglicht die Füllung des Raumes 13,
während der Dreiwegehahn 1q.' die verdichtete Luft entweder in den Verdichterteil
l il übertreten läßt, wenn nämlich dieser Verdichterteil mit vorverdichteter Luft
gespeist werden soll, oder in die Atmosphäre entweichen läßt, wenn eine Speisung
des Verdichterteils mit vorverdichteter Luft nicht in Frage kommt.
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Bei der im linken Teil der Fig. i dargestellten zweiten Ausführungsform
wird der Verdichterraum iil dadurch mit vorverdichteter Luft gespeist, daß man die
Druckleitung des Gebläses 5 mittels einer Leitung 15 an den Verdichterraum iil anschließt.
In die Leitung 15 kann, falls notwendig, eine Druckminderungsvorrichtung eingeschaltet
werden.
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Bei Anwendung der beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
bleibt das Verhältnis zwischen den Energien im Brennkraftteil einerseits und im
Verdichterteil andererseits konstant, auch wenn der Vorverdichtungsgrad, mit dem
der Brennkraftteil gespeist wird, eine Änderung erfährt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Fall des veränderlichen Speisedrucks
des Brennkraftteils ist in Fig.2 dargestellt. Diese Figur zeigt eine unsymmetrische
Flugkolbenmaschine, bei der die Verdichtung in zwei Stufen vor sich geht, und zwar
in einer
Niederdruckstufe i il und jn einer Hochdruckstufe i 12.
Die beiden Stufen sind durch eine Leitung 16 miteinander verbunden, welche zweckmäßigerweise
mit einer Kühlvorrichtung 16' versehen ist. Der Flugkolbenverdichter nach Fig.2
speist eine anzutreibende Maschine 7, in der die Druckluft jedoch nur teilweise
entspannt wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.2 wird die nur teilweise in der Maschine
7 entspannte Luft der Saugseite des Verdichterraums iil durch eine Leitung 15' zugeführt.
Die Speisung des Verdichterteils i il gemäß Fig. 2 ist also ähnlich der Speisung
des Brennkraftzylinders i der Maschine, die in Fig. 4 dargestellt ist. Die in dem
Brennkraft- und Verdichterteil der Flugkolbenmaschine wirksam werdenden Energien
werden durch eine Vorrichtung aufeinander abgestimmt, welche den Spannungsabfall
in der angetriebenen Maschine 7 und infolgedessen den Speisedruck des Verdichterraums
i il in Abhängigkeit von dem Speisedruck des Zylinders i regelt. Diese Vorrichtung,
welche in Fig.2 mit 17 bezeichnet ist, steht zu dem Zweck unter der Wirkung des
Speisedrucks des Zylinders i und arbeitet ihrerseits mit der Steuerung der Maschine
7 zusammen. Die Vorrichtung 17 kann beispielsweise auch aus einem Dreiwegehahn bestehen,
der in die Leitung 15' eingeschaltet ist und durch den Speisedruck des Motorzylinders
i derart betätigt wird, daß die Leitung 15' entweder an die Atmosphäre oder an einen
Behälter angeschlossen wird, in dem ein bestimmter Überdruck herrscht.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.4 handelt es sich um eine Flugkolbenmaschine,
bei der der aus dem Kolben 9 und dem Zylinder io bestehende Verdichterteil doppeltwirkend
ist. Dieser Verdichterteil speist eine Turbine 7. Die in dieser Turbine nur unvollständig
entspannte Druckluft dient als vorverdichtete Verbrennungsluft für den Zylinder
i. Bei der Ausführungsform nach Fig.4 ist ferner ein Hilfsgebläse 18 vorgesehen,
das durch die Turbine 6 angetrieben wird. Letztere wird durch die Auspuffgase des
Brennkraftteils angetrieben. Das Hilfsgebläse 18 speist den Zyinder io mit veränderlichem
Druck. Bei der Ausführungsform nach Fig.4 wird alle äußere Arbeit an die Turbinenwelle
7 abgegeben.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß bei der letztgenannten Ausführungsform
der Erfindung die Proportionalität der Brennkraft-und Verdichterarbeiten selbsttätig
herbeigeführt wird, und zwar wegen der Tatsache, daß das Gebläse 18 durch die Turbine
6 angetrieben wird, die ihrerseits durch die aus dem Brennkraftzylinder austretenden
Auspuffgase angetrieben wird, welche Auspuffgase einen in Abhängigkeit von dem Speisedruck
des Brennkraftteils veränderlichen Druck Haben.
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Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Proportionalität
zwischen den Arbeiten im Brennkraft- und im Verdichterteil dadurch hergestellt wird,
daß der Förderdruck des Verdichterteils geändert wird. Bei dem Gegenstand der Fig.3
handelt es sich um eine Flugkolbenmaschine. die nur einen einzigen Verdichterkolben
9 aufweist, der in einem Zylinder io arbeitet. Die von dem Verdichterteil verdichtete
Luft entspannt sich in einer Turbine, die mit einer Turbine 6 gekuppelt oder mit
dieser Turbine zu einem gemeinsamen Ganzen vereinigt ist. Die Turbine 6 wird durch
die Auspuffgase, welche von dem Zylinder i kommen, in Bewegung versetzt, und sie
treibt das Vorverdichtungsgebläse 5 an.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei einer Veränderung des Vorverdichtungsgrades
des Zylinders i das Verhältnis zwischen den Energien, die sich in dem Motorzylinder
i einerseits und in dem Verdichterzylinder io andererseits auswirken, im wesentlichen
konstant gehalten werden kann. Denn das Verdichtungsverhältnis in dem Verdichterzylinder
io ist durch das Entspannungsverhältnis der Luft in der Turbine 6 bestimmt. Dieses
Entspannungsverhältnis hängt seinerseits unmittelbar von dem Entspannungsverhältnis
der Auspuffgase und somit wiederum von dem Vorverdichtungsgrad des Brennkraftzylinders
ab.
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Im folgenden werden die Mittel behandelt, durch die die Energie der
Luftspeicher 8 verändert werden kann. Die Luftspeicher selbst sind beispielsweise
nur auf der einen Maschinenseite (s. Fig. 2 bis 4) oder auf beiden :Maschinenseiten
angeordnet. Die Speicher werden von einem Kolben 2o gebildet, der in einem Zylinder
2i gleitbar ist, welch letzterer derart bemessen ist, daß in ihm immer ein Luftkissen
8 vorhanden ist. Dieses Luftkissen liefert den Flugkolben selbst dann, wenn sich
der Hub ändert, die zu ihrer Rückkehrbewegung notwendige Energie. Die Mittel zur
Veränderung der Energie der in Rede stehenden Speicherkissen wirken auf den Speisedruck
der Kissen ein, und zwar ändern sie diesen Speisedruck in Abhängigkeit von einem
der Betriebsfaktoren der Maschine.
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So wird beispielsweise die Speiseleitung 23 der Speicherkissen an
einen Raum oder an eine Leitung angeschlossen, in welchem bzw. in welcher ein veränderlicher
Druck herrscht. Dieser Druck kann von dem Speisedruck des Zylinders i, d. h. also
von dem Druck abhängen, der bei dem Gegenstand der Fig. i in dem Behälter 24 herrscht.
Er kann aber
auch von dem Förderdruck des Verdichterteils abhängen.
Gegegebenenfalls kann ein Druckentspanner 25 vorgesehen sein, durch den der Anfangsdruck
des Speicherkissens einen zweckentsprechenden Wert erhält. Die Leitung 23 kann aber
auch an einen Raum konstanten Druckes angeschlossen werden. In diesem Fall wird
zwischen dem genannten Raum und den Kissen 8 ein Druckentspanner vorgesehen, dessen
Entspannungsverhältnis selbsttätig in Abhängigkeit von einem der Drücke, von denen
im vorstehenden die Rede gewesen ist, geregelt wird.
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In manchen Fällen macht es die Stabilität der Flugkolbenmaschine notwendig,
daß das Abhängigkeitsverhältnis des Speisedrucks der Speicherkissen 8 von dem gewählten
Bezugsdruck (Vorverdichtungsdruck des Brennkraftzylinders oder Förderdruck des Verdichterteils)
einem komplizierteren Gesetz folgt, als es das Proportionalitätsgesetz ist. Auch
in diesem '.Fall können die Speicherkissen 8 periodisch mit einem Raum verbunden
werden, in welchem der Bezugsdruck herrscht. Um jedoch das genannte kompliziertere
Gesetz zu erfüllen, wird eine Regelvorrichtung, beispielsweise eine Druckminderungsvorrichtung
25, die zwischen dem Raum, in dem der Bezugsdruck herrscht, und dem Speicherkissen
eingeschaltet wird, der Wirkung mindestens eines der Betriebsdrücke der Maschine
ausgesetzt. Hierzu kann beispielsweise der Speisedruck des Brennkraftteils dienen.
Dieser Fall ist in den Fig. i und 2 dargestellt, gemäß denen die Druckminderungsvorrichtung
25 mittels einer Leitung 26 an den Raum 24 angeschlossen ist. Es kann aber auch
der Auspuffdruck des Brennkraftteils zu dem genannten Zweck verwendet werden. Dieser
Fall ist in Fig.3 dargestellt, gemäß der dieDruckminderungsvorrichtung25 durch eine
Leitung 26' an die Auspuffleitung des Brennkraftteils angeschlossen ist. Schließlich
kann aber auch zu dem genannten Zweck der Förderdruck des Verdichterteils oder es
können hierzu gleichzeitig der Förderdruck des Verdichterteils und der Auspuffdruck
des Brennkraftteils benutzt werden. Der letztgenannte Fall ist in Fig. q. veranschaulicht,
gemäß der der Druckentspanner durch die Leitungen 26' und 26" mit der Auspuffleitung
des Brennkraftzylinders i und mit der Druckseite des Verdichterzylinders io verbunden
ist.
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Wenn es sich darum handelt, den Speisedruck der Verdichterkissen 8
in Abhängigkeit von zwei Betriebsdrücken zu regeln, kann man auch, wie dies im linken
Teil der Fig. i dargestellt ist, zwei Druckentspanner 25 und 25' vorsehen,. von
denen jeder unter einem der Steuerdrücke steht. Die Steuerdrücke sind in dem betrachteten
Fall der Fig. i der Speisedruck des Brennkraftteils,welcher den Druckminderer 25
steuert, und der Förderdruck des Verdichterteils, welcher den Druckminderer 25'
steuert.
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Dabei wird bei steigendem Speisedruck des Brennkraftteils der Anfangsdruck
des Speicherkissens erhöht, während bei steigendem Förderdruck des Verdichterteils
der Anfangsdruck des Speicherverdichters vermindert wird.
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In allen Fällen, welches auch immer die jeweils angewendete Ausführungsform
der Erfindung sei, empfiehlt es sich, dafür zu sorgen, daß die Freiflugkolbenmaschinen
gemäß der Erfindung auch ohne Vorverdichtung laufen können. Dies ist vor allem während
des Anlassens wichtig, da ja das Gebläse 5 oder die Nutzmaschine 7 in der Anlaßperiode
noch keine verdichtete Luft liefern.
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Da das Gleichgewicht zwischen den Leistungen des motorischen Teils
einerseits und des angetriebenen Teils andererseits auch dann gewahrt ist, wenn
die Vorverdichtung unterbrochen ist, so genügt es für das Arbeiten der in Rede stehenden
Maschinen ohne Vorverdichtung, wenn selbständige Mittel vorgesehen werden, mit deren
Hilfe der Brennkraftzylinder i gespült wird. Zum Zweck dieser Spülung wird bei den
Ausführungsformen nach den Fig. i bis 3 Spülluft in mindestens einem der Räume 13
verdichtet. Die Räume 13 sind zu diesem Zweck mit Steuergliedern, z. B. einem Einlaßventil
i q. und einem Ausschubventil 27, versehen. Durch letzteres wird die in dem
zugehörigen Raum 13 verdichtete Luft den Einlaßöffnungen 2 des Brennkraftzylinders
i zugeführt. Wenn die Maschine während ihres normalen Betriebes mit Vorverdichtung
gespeist wird, so können die vorstehend genannten Einlaßventile offen gehalten werden,
so daß dann die Räume 13 nicht ausgenutzt werden (Fall der Fig. 2, 3 und des linken
Teils der Fig. i). Man kann aber auch die Einlaßventile arbeiten lassen und die
Räume 13 zur Vorverdichtung der Einlaßluft der Verdichterzylinder benutzen (Fall
der rechten Seite der Fig. i).
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Zur Erleichterung des Anlassens der in Rede stehenden Maschinen kann
auch die in den pneumatischen Speichern 8 steckende Energie derart verändert werden,
daß diese Energie während des Anlassens im Überschuß vorhanden ist. Auf diese Weise
werden die zusätzlichen Reibungswiderstände überwunden, welche darauf beruhen, daß
die Maschine beim Anlassen noch kalt ist. Diese Wirkung läßt sich durch geeignete
Bestimmung der Charakteristiken derDruckminderer 25 erzielen.
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Man kann selbstverständlich gemäß weiteren
Ausführungsformen
der Erfindung auch noch verschiedene Einzelvorrichtungen, die oben an Hand der verschiedenen,
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben sind, miteinander
kombinieren. So kann z. B. die Druckluft, die in einer zur Abgabe von Nutzarbeit
dienenden Maschine teilweise entspannt ist, sowohl zur Speisung des Brennkraftteils
mit vorverdichteter Verbrennungsluft, wie dies in Fig.4 dargestellt ist, als auch
zur Speisung des Verdichterteils mit vorverdichteter Luft, wie dies in Fig. 2 dargestellt
ist, dienen.
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Man kann auch die Einrichtungen miteinander kombinieren, die anläßlich
der Maschinen, welche in den Fig.2 und 3 dargestellt sind, beschrieben worden sind.
So kann man einen Teil der von dem Verdichter kommenden Luft in eine Arbeitsmaschine
7 hineinschicken und einen anderen Teil dieser Luft einer Turbine zur Leistung von
motorischer Arbeit oder der Turbine 6 zuführen.
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Ferner kann man mechanische Energie von den hin und her gehenden Teilen
der in Rede stehenden Maschinen ableiten. Man kann auch Druckluft, die den Kreislauf
verläßt, einem pneumatischen Leitungsnetz zuführen. Die ganze Druckluft oder ein
Teil der Druckluft kann auch zum Erzeugen von Antriebskraft benutzt werden, indem
die Druckluft in einer Gebrauchsturbine entspannt wird.
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Wenn die Flugkolbenmaschine in ihrem Aufbau der in Fig. i dargestellten
Maschine entspricht, so kann die Speiseleitung des Zylinders i durch eine Leitung
15 an die Saugseite des Verdichterzylinders 9 angeschlossen werden. Ferner kann
die Sammelleitung 1 2 der Druckluft durch eine Leitung 29 an den Behälter 294 der
Speiseluft des Brennkraftzylinders i angeschlossen werden. Schließlich werden in
den Leitungen 28 und 29 und in der zur Abführung der Druckluft dienenden Leitung
3o Klappen, Schieber o. dgl. 31, 32 und 33 vorgesehen. Auf diese Weise kann entweder
die Druckluft durch die Leitung 30. abgeführt werden oder es kann durch Schließung
der Klappen 33 und 31 und durch Öffnung der Klappe 32 die gesamte Druckluft gezwungen
werden, den Brennkraftzylinder i zu spülen. In diesem Fall entspannt sich der überschuß
an Spülluft zusammen mit den Verbrennungsgasen in der Treibturbine 6.
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Was schließlich die Mittel zum Regeln des Förderdrucks des Gebläses
5, d. h. also zum Regeln des Speisedrucks des Zylinders 1, anbelangt, so kann man
sie derart ausbilden, daß die Reglung dieses Druckes entweder willkürlich oder aber
selbsttätig vor sich geht. Die selbsttätige Reglung geschieht unter der Wirkung
eines der Faktoren, der die Leistung der Anlage steuert. Auf alle Fälle wird zweckmäßigerweise
dafür gesorgt, daß die Reglung des Vorverdichtungsgrades zugleich mit der Reglung
der Menge des eingespritzten Brennstoffs vor sich geht.
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Zu diesem Zweck kann die in Fig. i dargestellte Vorrichtung benutzt
werden. Bei dieser Vorrichtung ist die Saugleitung des Gebläses 5 mit einer Klappe
3.4 versehen. Ferner ist eine Klappe 35 in einer Abzweigung 36 angebracht, durch
welche ein Teil der Auspuffgase unmittelbar in die Atmosphäre entweichen kann, statt
in die Turbine 6 zu gelangen, welche das Gebläse 5 antreibt. Die genannten Klappen
können von Hand oder durch einen Regler oder auch in Abhängigkeit von dem Förderdruck
des Verdichterteils gesteuert werden. Im letztgenannten Fall wird der Förderdruck
durch eine Leitung 37 übertragen, falls die Reglung selbsttätig in Abhängigkeit
von dem Förderdruck geschehen soll.
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Man kann auch auf den Grad der Vorverdichtung dadurch einwirken, daß
man dem Gebläse 5 eine veränderliche Zusatzenergie zuführt, z. B. kann das Gebläse
durch einen Hilfsmotor 38, der ein elektrischer Motor sein kann, angetrieben werden.
Das Steuerglied 39 dieses Hilfsmotors ist vorzugsweise der Wirkung eines der Reglungsfaktoren
der Anlage, beispielsweise dem Förderdruck des Verdichterteils, ausgesetzt, wobei
dieser Förderdruck durch eine Leitung 37' übertragen wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird
wenigstens ein Teil der Restwärme der Auspuffgase entweder der Speiseluft des Brennkraftteils
oder der von dem Verdichterteil verdichteten Luft oder beiden Luftströmen zugeführt.
Hierfür wird zweckmäßigerweise die eine oder die andere der nachstehend beschriebenen
Einrichtungen benutzt.
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Eine erste Einrichtung der in Rede stehenden Art ist in Fig. i veranschaulicht.
Hier wird bei der Verdichtung der Verbrennungsluft dafür gesorgt, daß man sich soweit
wie möglich einer isothermischen Verdichtung nähert, um hierdurch die Verdichtungsarbeit
zu verringern. Die vorverdichtete Verbrennungsluft des Zylinders i wird dann hinter
dem Gebläse 5 mittels eines Wärmeaustauschers 40 vorgewärmt, der von den Auspuffgasen
der Turbine 6 durchströmt wird.
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Eine andere Einrichtung ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. - Hier
strömen die Auspuffgase der Turbine 6 durch zwei Wärmeaustauscher 41 und 42 hindurch,
die hinter-oder nebeneinandergeschaltet sind und von denen der eine die verdichtete
Luft bei ihrem Austritt aus dem Verdichterteil und der andere
die
Speiseluft des Brennkraftzylinders i hinter dem Gebläse 5 vorwärmt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.4 schließlich werden die aus dem
Brennkraftzylinder i stammenden Auspuffgase vor ihrem Eintritt in die Turbine 6
einem Wärmeaustauscher .43 zugeführt, in -welchem sie die verdichtete Luft vorwärmen,
die zur Speisung der Nutzturbine 7 dient. In dem Fall der Fig. 4 bei der die Gesamtheit
oder wenigstens der größte Teil der Nutzarbeit von der Welle der Turbine 7 abgegeben
wird, ist es zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades der Anlage zweckmäßig, den thermischen
Energieinhalt der Luft, die sich in der Turbine ausdehnen soll, soweit wie möglich
zu erhöhen, um auf diese Weise einen möglichst großen Teil der in die Turbine hineingeschickten
Energie in Nutzarbeit umzuwandeln.
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Die beschriebene Ausführungsform liefert das genannte Ergebnis. Ferner
läßt sich durch Regelung der in dem Wärmeaustauscher 43 übertragenen Wärmemenge
die Energiemenge regeln, welche der Turbine 6 zuströmt. Dabei wird diese Energiemenge
zweckmäßigerweise derart bestimmt, daß die Nutzarbeit der Turbine 6 bei jedem Vorverdichtungsdruck
der Speiseluft des Zylinders i vollkommen durch das Gebläse 18 verbraucht wird,
das den Verdichterteil mit vorverdichteter Luft speist.
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Die Vorteile und die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Flugkolbenmaschinen
und ihrer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorverdichtermittel dürften aus den obigen
Darlegungen mit genügender Klarheit hervorgehen, so daß sich ein nochmaliges Eingehen
hierauf erübrigt.
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Es sei aber nochmals -betont, daß im vorstehenden nur Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben sind, auf welche die Erfindung nicht beschränkt ist.