DE720281C - Verfahren und Vorrichtung zur Reglung einer Kolbenmaschine zur Erzeugung von Gasdruck - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reglung einer Kolbenmaschine zur Erzeugung von Gasdruck

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DE720281C
DE720281C DEP79411D DEP0079411D DE720281C DE 720281 C DE720281 C DE 720281C DE P79411 D DEP79411 D DE P79411D DE P0079411 D DEP0079411 D DE P0079411D DE 720281 C DE720281 C DE 720281C
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    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/06Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output
    • F02C5/08Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output the gas generator being of the free-piston type
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Reglung einer Kolbenmaschine zur Erzeugung von Gasdruck Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reglung einer Kolbenmaschine zur Erzeugung von unter Druck stehenden Gasen mit mindestens zwei Arten von Kolbenhüben, denen verschiedene Mengen von gefördertem Druckgas entsprechen, wobei die Fördermenge bei der einen Hubart Null sein kann.
  • Vor allem kommt die Erfindung für solche Maschinen der genannten Art in Frage, die mit Freiflugkolben ausgerüstet sind, d. h. also, die mindestens ein hin und her gehendes Kolbenaggregat aufweisen, dessen Hub zwischen zwei ;äußersten Grenzen frei veränderlich ist, was im Gegensatz zu dem in der Regel unveränderlichen Hub der üblichen Maschinen mit Kurbelwelle und Schubstange steht.
  • Unter den genannten Flugkolbenmaschinen wiederum kommen: für die Erfindung in erster Linie die sog. Treibgaserzeuger in Frage, das sind Maschinen, bei denen mindestens ein Teil der im Verdichter der Maschine verdichteten Luft zur Spülung und Speisung des Brennkraftteils der Maschine dient.
  • Der Zweck der Erfindung besteht in erster Linie darin, die in Rede stehenden Maschinen derart auszubilden, daß sie besser als die bekannten Maschinen den verschiedenen, Anforderungen.der Praxis entsprechen und vor allem :eine sehr günstige Regelung der Leistung bei geringen Liefermengen ermöglichen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zur Verringerung der Lieferleistung der Kolbenmaschine zwischen zwei aktive Kolbenhübe, deren Länge ausreicht, um die Ein- und Auslaßöffnungen des Brennkraftzylinders der Kolbenmaschine in einem zum ausreichenden Spülen und Speisen des Brennkraftzylinders geeigneten Maße zu öffnen, eine oder mehrere neutrale 'Kolbenhü:b:eeingeschaltet werden, die so kurz sind, daß die Steueröffnungen des Brennkraftzylinders verschlossen bleiben oder höchstens in einem für die Spülung und Speisung des Brennkxaftzylinders ünzureichenden Maß geöffnet werden> während gleichzeitig die Förderung des in dem Verdichterteil der Maschine verdichteten Gases unterbrochen wird.
  • Die Erfindung erschöpft sich nicht in dem genannten Hauptgedanken, sondern bezieht sich noch auf weitere Anordnungen und Maßnahmen, die zugleich mit dem Hauptgedanken angewendet werden und von denen weiter unten näher die Rede sein wird.
  • Gemäß einer dieser weiteren Maßnahmen werden in weiterer Ausbildung der Erfindung die in Rede stehenden Maschinen zwecks Regelung der Liefermenge des unter Druck stehenden Gases mit Steuermitteln versehen, die in voraus bestimmter Weise das Verhältnis zwischen den aktiven und den neutralen Hüben regeln.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung bei. spielsweise veranschaulicht, und zwar stellt Fig. i im Axialschnitt einen Flugkolbentreibgaserzeuger mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Regelvorrichtung dar, während Fig. 2 ebenfalls im Axialschnitt einen Flugkolbenbrennkraftverdichter veranschaulicht, der ebenfalls mit einer Regelvorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.
  • Fig. 3 ist schließlich ein Schaubild, das die Wirkung veranschaulicht, die die Anwendung d er F -rfindung bei einem Treibgaserzeug -er mit Freiflugkolben hat.
  • Die mit der Regelvorrichtung gemäß der Erfindung ausgebildeten Druckgaserz.euger mit freifliegenden Kolben können, abgesehen von den Mitteln zur Regelung der von ihnen geförderten Druckgasm-enge, in irgendeiner beliebigen Weise ausgebildet sein.
  • In Fig. i ist eine Ausführungsfarm der Erfindung in Anwendung auf einen Treibgas.erzeuger mit freifliegenden Kolben veranschaulicht, d. h. also in Anwendung auf eine Maschine, bei der mindestens ein Teil der in dem Verdichter der Maschine verdichteten Druckluft zur Spülung und Speisung des Brennkraftteils dient. Die thermische Energie des Gemisches von Spülluft und Verbrennungsgasen, welches bei der genannten Maschine aus den Auspuffschlitzen des Brenaikraftzylinders austritt, wird dann in einer geeigneten Kraftmaschine, beispielsweise in einer Turbine T, ausgenutzt.
  • Bei dem in Fig. i dargestellten Treibgast' arbeiten zwei gegenläufige Brennkraftkolben il und 12 in einem Brennkraftzylinder a, und zwar arbeitet dieser Brennkraftteil im Zweitaktverfahren nach dem Dieselprinzip. Der Brennkraftzylinder weist Einlaßöffnungen 3 und Atislafiötfnungen -. auf. Diese Steheröffnungen werden durch die Kolben 11 und 12, welche ihrerseits in bekannter Weise durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes kinematisches System synchronisiert sind, gesteuert.
  • Die Bremskraftkolben il- und i= sind mit Verdichterkolben 51 und 52 starr verbunden. Letztere arbeiten in Verdichterzylindern 61 und 62, die mit Ansaugventilen io und Ausschubventifen 9 versehen sind. Die durch die Ausschubventile geförderte Druckluft gelangt in einen dichten Druckluftbehälter i i, der den Brennkraftzylinder z umschließt.
  • Um in den Brennkraftzylinder a Brennstoff einzuführen, ist ein Injektor 12 vorgesehen, der durch eine Pumpe 13 gespeist wird. Der Kalben der Brennstoffpumpe wird bei jedem Hub der hin und her gehenden Kolbenaggregate durch einen :Nocken 1.1 angetrieben, der mit der Kolbenstange eines der Kolbenaggregate fest verbunden ist. Die Brennstoffpumpe ist mit einem Regelglied 15 zum Regeln der von der Pumpe bei jedem Hub geförderten Brennstoffmenge versehen. Wenn das Regelglied 15 in der durch den eingezeichneten Pfeil angegebenen Richtung verstellt wird, so entspricht dies einer Erhöhung der bei jedem Hub eingespritzten Brennstoffmenge. Das Regelglied 15 wird selbsttätig in üblicher Weise, z. B. durch den Regler der Turbine T, gesteuert, wie dies weiter unten noch näher auseinandergesetzt wird, wobei gleichzeitig der Arbeitsdruck der Anlage (Förderdruck des Verdichterteils oder Treibgasdruck ) die Grenzen bestimmt, innerhalb deren sich die Regelwirkung des Turbinenreglers auswirken kann.
  • Was nun die Regelung der von der genannten Maschine gelieferten Treibgasmenge anbelangt, so besteht diese erfindungsgemäß darin, daß man mindestens in einem gewissen Betriebsbereich zwischen Hüben der hin und her gehenden Kolbenaggregate der Maschine, die eine Förderung von Treibgas und eine Spülung des Brennkraftzylinders zur Folge haben (aktive Hübe) und zwischen Hüben abwechselt, bei denen die Förderung von Treibgas und die Spülung Null sind oder zum mindesten völlig unzureichend sind (neutrale Hübe).
  • An sich besteht die --,#lögliclik,#it, es dem Maschinenmeister zu überlassen, die Mittel einzuregeln, mit deren Hilfe abwechselnd die neutralen und die aktiven Hübe erhalten werden, um auf diese Weise das Verhältnis zwischen diesen Hüben und somit die Liefermenge der Maschine abzuändern. Zweckmäßiger ist es jedoch, die genannten Mittel selbsttätig in Abhängigkeit von einer der Betriebsgrößen der Anlage zu regeln, und zwar kann als eine solche Betriebsgröße z. B. der Druck verwendet werden, der in der Speiseleitung 16 der Turbine T herrscht. Die genannten Mittel können derart ausgebildet sein, daß sie bei den neutralen Hüben die Wirkung des Injektors 12 unterbrechen, indem sie beispielsweise die Pumpe 13 entlasten. Dies kann dadurch geschehen, daß an die Speiseleitung des Injektorseine Abzweigung angeschlossen wird, in die ein Ausiaßventil 17 ,eingeschaltet ist. Dieses . Auslaßventil wird über einen-,elastischen Stöße). 18 von einem umlaufenden und gleichzeitig axial gleitbaren Nocken i9 gesteuert. Dieser Nocken wird z. B. durch einen Druckluftmotor 2o angetrieben..
  • Die Zahl der Vorsprünge des genannten Nockens, welche längs seiner Achse veränderlich isf, bestimmt das Verhältnis zwischen den neutralen Hüben und den aktivenHüben. Durch eine axiale Verstellung dieses Nockens wird das genannte Verhältnis verändert.
  • Zur Steuerung -der letztgenannten Mittel in Ab4ängigkeit von dem Druck in. der Treibgasleitung 16 wird der Nocken icg in axialer Richtung, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Schwinghebels z i, durch einen Kolben 22 verstellt, der in einem Zylinder 23 gleitbar angeordnet ist derart, daß die eine Kolbenfläche unter der Wirkung einer Feder z steht, während auf die andere Kolbenfläche der Steuerdruck wirkt. Das Ganze ist derart ausgebildet, daß mit abnehmendem Druck die Zahl der neutralen Hübe zunimmt.
  • Im Nachstehenden ist beschrieben, wie zweckmäßig die Charakteristiken des Nockens i9 festgestellt werden und auf welche Art die Regelvorrichtung der Fördermenge am besten mit der Steuervorrichtung zusammenarbeitet, die die Menge des von der Pumpe 13 eingespritzten Brennstoffes bestimmt.
  • Zur Erleichterung des Verständnisses dessen, was im Nachstehenden beschrieben ist, ist in dem Schaubild der Fig. 3 die Kurve I dargestellt, welche die Bedarfskurve der Turbine oder einer anderen durch den Treibgaserzeuger mit Treibgas versorgten Maschine ist. Diese Kurve gibt an, welche Menge Q (dargestellt durch die Ordinanten) bei den verschiedenen Drücken p (aufgetragen -als Abszissen) dem Treibgasverbraucher zugeführt werden muß.
  • Die Kurve II gibt die Mindestlieferung dies Treibgaserzeugers in Abhängigkeit von den jeweiligen Lieferdrücken. an, vorausgesetzt, daß jeder -Hub ein Hub ist, bei dem mindestens die für die normale Spülung des Motorzylinders notwendige Druckluftmenge von den Verdichterzylindern ausgegeben und durch den Motorzylinder hindurchgefördert wird.
  • Die Kurve III gibt die Leistung der Turbine bell den verschiedenen Speisedrücken p an. Aus dem Schaubild ist ersichtlich, daß unterhalb .eines Lieferdruckes p1 der Treibgaserzeuger in dem Fall, daß alle seine Hübe aktive Hübe sind, eine Mindesttreibgaslieferung hat -(Kurve II), die höher ist als die Anforderung derTurbine. Infolgedessenmüßte ein Teil des von dem Treibgaserzeuger erzeugten Treibgases in die Atmosphäre ausgelassen werden, und zwar würde dieser Teil des Treibgases einen um so größeren Bruchteil der insgesamt pro Hub gelieferten Treibgasm:enge ausmachen, je geringer der Treibgasdruck und dementsprechend die Turbinenbelastung ist.
  • Die in die Atmosphäre ausgelassene Treibgasmenge stellt selbstverständlich einen reinen Verlust dar. Um diesen Verlust zu vermeiden, wird. die Lieferung des Treibgaserzeugers dadurch verringert, daß die Flugkolbenaggregate des Treibgaserzeugers periodisch veranlaßt werden, neutrale .Hübe zu machen. Dabei werden die Steuermittel zweckmäßigerweise derart .ausgebildet, daß die Einschaltung von neutralen Hüben nur unterhalb eines bestimmten Lieferdruckes, beispielsweise unterhalb des Druckes >>l vor sich geht.
  • ' Oberhalb eines bestimmten Druckes, beispielsweise des Druckes p1, geschieht dann die Regelung des Treibgaserzeugers z. B. ausschließlich in bekannter Weise durch die Regelung der 'Menge des in den Treibgaserzeuger eingespritzten Brennstoffes. Unterhalb des Druckes p* jedoch werden in einem bestimmten Verhältnis zwischen die aktiven Hübe neutrale Hübe eingeschaltet. Beispielsweise kann dieses Verl;ältnis gleich i : i sein. Die Regelung der während der aktiven Hübe eingespritzten Brennstoffmenge kann dann auf die gleiche Weise geschehen wie oberhalb des Druckes p1, d. h. also, auch. unterhalb des Druckes p1 wird die Menge des pro Hub in den Brennkraftzylinder eingespritzten Brennstoffes in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Turbine geregelt, während gleichzeitig der Treibgasdruck die Grenzen des Regelbereichs bestimmt.
  • Sobald also der als Regelfaktor wirkende Treibgasdruck unter den Wert p1 sinkt, hat die Einschaltung der neutralen Hübe die Wirkung, daß die Kurve II, welche die Mindestlieferung bei den verschiedenen Drücken in dem Fall anzeigt, daß jeder Hub ein aktiver Hub ist, durch eine Kurve IV ersetzt wird, die unterhalb, der Kurve II liegt und die dem Verhältnis i : i zwischen den aktiven Hüben und neutralen Hüben entspricht. Die Turbine nimmt dann das ganze von dem Treibgaserzeuger geförderte Treibgas bis zu eineiri Mindestdruck p2 auf, der geringer ist als der Druck p1.
  • Wenn die Turbine auch noch: bei Leistungen -unterhalb 'der dem Druck p2 entsprechendan Leistung in der Lage sein soll, alles gelieferte Gas in sich aufzunehmen, so muß dafür Sorge getragen werden, daß bei einem Sinken des Druckes unter den Wert p= die Zahl der neutralen Hübe zunimmt, was die Wirkung hat, daß die Kurve, welche die Mindestliefermengen des Treibgaserzeugers anzeigt, noch weiter nach unten verschoben wird.
  • Indessen kann man es in der Mehrzahl der Fälle derart einrichten, daß der Druck p2 einer Leistung der Turbine entspricht, die praktisch gleich Null ist. Mit anderen Worten: Die Leistung ist in diesem Fall die: Leerlaufleistung der Turbine. Man braucht sich dann unterhalb des Druckes p1 nur eines einzigen Verhältnisses zwischen neutralen und aktiven Hüben zu bedienen.
  • Die Regelungsmittel, die die vorstehend beschriebene Verhältnisse verwirklichen, können nveckmäßigerweise die in Fig. i beispielshalber veranschaulichte Ausführungsform haben. Gemäß dieser Figur weist der Nocken i 9 zwei Zonen auf, von denen nur die eine, und zwar die links liegende Zone eine Anzahl von Vorsprüngen aufweist, die der konstanten Frequenz entspricht, welche die neutralen Hübe unterhalb des Druckespl erhalten sollen. Ferner ist in bekannter Weise eine Vorrichtung zur Begrenzung der Hübe des Steuergliedes 15 vorgesehen, welches die von der Einspritzpumpe 13 pro Hub gelieferte Brennstoffmenge regelt. Das Steuerglied. 15 wird, wie dies schon oben angegeben worden ist, durch einen von der Turbine T angetriebenen Regler betätigt, und zwar geschieht dies beispielsweise über eine Stange 25.
  • Die Vorrichtung zur Begrenzung der Hübe des Steuergliedes 15 besteht z. B. aus zwei Anschlagflächen 26, 27, die auf den Schenkeln eines V-förmigen Kürpers angeordnet sind und die Bewegungen des Gestänges 25 begrenzen. Der Träger der Anschlagflächen 26. 27 ist um eine Achse 28 drehbar und ,wird durch eine unter dem Förderdruck der Maschine stehende Vorrichtung derart gesteuert, dal3 bei einer Zunahme des Druckes die Anschlagflächen 26,27 in eine Stellung überführt werden, bei der das Gestänge 25 größere Ausschläge machen kann als vorher.
  • Wenn der obenerwähnte Kolben 22 über einen Schwinghebel 21 an den Nacken 19 angeschlossen ist, so kann das freie Ende des Schwinghebels 21 mit dem Träger der Anschlagflächen 26 und 27 verbunden sein. Hierbei ist der Schwinghebel 21 an einen solchen Punkt des Trägers der Anschlagflächen angeschlossen, der auf der einen Seite der Drehachse 28 des genannten Trägers liegt, während sich die Begrenzungsflächen auf der anderen Seite der Drehachse befinden. Weiterhin ist eine Schnappfeder 29 vorgesehen, die mit ihrem einen Ende in einem festen Punkt angelenkt ist, während ihr anderes Ende mit dem Nocken i 9 verbunden ist. Infolgedessen wird letzterer elastisch in seiner einen oder anderen Endstellung gehalten, je nachdem der Treibgasdruck größer oder geringer als p1 ist.
  • Um schließlich die Selbständigkeit der Regelung der Brennstoffeinspritzung in den Betriebszonen zu sichern, die oberhalb oder unterhalb von r.71 liegen, ist der Träger der Anschlagflächen 26 und 27 der Wirkung zweier Federn 3o und 31 ausgesetzt, deren Kräfte einander entgegengerichtet sind. Die Kraft, die die Feder 3o auf den Schwinghebel21 ausübt, ist stärker als die Kraft der Feder 29, solange der Treibgasdruck geringer als p1 ist, während die Wirkung der Feder 31 auf den Schwinghebel 2 i größer ist als die der Schnappfeder 29, sobald der Treibgasdruck größer als p1 wird.
  • Wenn also die Turbine eine Vergrößerung der Leistung des Treibgaserzeugers erfordert, welche Forderung durch eine Verringerung der Reglergesch«rindigkeit zum Ausdruck kommt, was eine Verstellung des Gestänges 25 im Sinne des Pfeiles zur Folge hat, verstellt sich das Steuerglied 15 der Brennstoffpumpe 13 im Sinne des angezeichneten , -Pfeiles. Die Folge davon ist eine Vergrößerung der eingespritzten Brennstoffmenge. Umgekehrt tritt eine Verringerung der eingespritzten Brennstoffmenge ein, wenn die Turbine das Bestreben hat, infolge einer Verringerung ihrer Belastung ihre Geschwindigkeit zu erhöhen. Für jeden Arbeitsdruck sind die größten und kleinsten Brennstoffmengen durch den Anschlag der Stange 25 gegen die eine oder die andere der Anschlagflächen 26 und 27 begrenzt. Dabei ist die Stellung dieser Anschlagflächen in jedem Winkelbereich (oberhalb oder unterhalb des Druckes p1) von der Stellung abhängig, welche der Kolben 22 einnimmt.
  • Wenn man von der einen Regelzone zu der anderen Regelzone, d. 1i. von der in der Zeichnung dargestellten Regelzone a, die einem Treibgasdruck oberhalb p1 entspricht, zu der gestrichelt dargestellten Regelzone b (Treibgasdruck kleiner als p1) übergeht, so führt der Nocken i 9 einerseits das gewünschte Verhältnis zwischen neutralen und aktiven Hüben herbei, andererseits gestattet die Stellung der Anschlagflächen 26 eine Vermehrung der bei jedem aktiven Hub eingespritzten Brennstoffmenge entsprechend dem Leistungsbedarf der Turbine. Es ist auf diese Weise möglich, die Turbine in normaler Weise mit Treibgas zii versorgen, bis die Druckanforderung der Turbine auf den Druck p° gesunken ist, bei welchem die neue Kurve IV, die die Mindestförderung des Treibgaserzeugers anzeigt, die charakteristische Kurve I derTurbine schneidet.
  • Um bei. den neutralen Hüben die- hin und her gehende Bewegung der Kolben aufrechtzuerhalten, empfiehlt @es sich, einen zusätzlichen Injektor 32 vorzusehen, der dauernd im Betrieb ist und der in den Brennkraftzylinder eine geringe Brennstoffmenge einspritzt. Die Verbrennung der von dem Injektor 32 eingespritzten geringen Brennstoffmenge geschieht während des neutralen, ohne Spülung arbeitenden Hubes oder während mehrerer aufeinanderfolgender neutraler Hübe durch den Luftüberschuß der Speiselift, der bei der in Rede stehenden Art von Maschinen im allgemeinen in dem Brennkraftzylinder nach dem letzten vorangegangenen aktiven Hub verblieben ist.
  • Die vorliegende Erfinding ist nicht nur zur Regelung eines sog. Treibgaserzeugers, sondern auch zur-Regelung eines Brennkraftverdichters mit Frei$ugkolben; d. h. also zur Regelung einer Maschine geeignet, die reine, verdichtete Luft liefert. Ein solcher Flugkolbenverdichter ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser Verdichter ist im großen und ganzen ebenso wie der vorstehend beschriebene Treibgaserzeuger ausgebildet, abgesehen davon, daß die Verdichterzylinder der Maschine einen Druckluftbehälter 33 und nicht das den Brennkraftzylinder 2 umgebende Gehäuse i i speisen. Zur Speisung dieses Gehäuses dienen vielmehr die Innenseiten der Verdichterkolben 51, 52, die mit Räumen zusammenarbeiten, an welche Einlaßventile 34 und Auslaßventile 35 angeschlossen sind, wodurch diese Räume Spülluftpumpen bilden.
  • Bei Flugkolbenverdichtern hat man bisher dafür gesorgt, daß die Steueröffnungen des Brennkraftzylinders von dem Brennkraftkolben bei ihrem Arbeitshub freigegeben werden, ehe sich die Druckventile des oder der Verdichterzylinder öffnen. Auf diese Weise sind der Auslaß der Verbrennungsgase aus dem Brennkraftzylinder und die Spülung des letzteren bei jedem Hub im üblichen Umfange gesichert, wie gering auch die jeweils pro Hub aus dem oder den Verdichterzylindern ausgestoßene Druckluftmenge gewesen ist und sogar auch dann, wenn überhaupt keine Förderung von Druckluft stattgefunden hat (Leerlaufbetrieb). Diese Anordnung der Steueröffnungen führt aber bei denjenigen Kolbenhüben, bei denen je Kolbenhub eine verhältnismäßig große Druckluftinenge aus den Verdichterzylindern ausgestoßen wird, und insbesondere bei den Kolbenhüben, die dem Vollastbetrieb entsprechen, zu einem schlechten Verhältnis zwischen dem durch die Lage der Steueröffnungen festgelegten nützlichen Zylinderinhalt und dem durch die äußeren Totpunktstellungen der Brennkraftkolben bestimmten geometrischen Zylinderinhalt des Brennkraftzylinders.
  • Dieser Nachteil läßt sich dadurch beheben oder zum mindesten weitgehend mindern, daß man ähnlich, wie dies oben für den Treibgaserzeuger angegeben ist, insbesondere bei den niedrigen Förderleistungen des Verdichters zwischen die aktiven Hübe neutrale Hübe einschaltet, die durch Einwirkung eines Nockens i g mit veränderlicher Zahl von Vorsprüngen auf ein Entlastungsventil 17 hervorgerufen werden.
  • Bei Anwendung der Erfindung können die Steueröffnungen an solchen Stellen angeordnet werden, daß in dem Augenblick, in dem sie von den Brennkraftkolben in einem für eine ausreichende Spülung genügenden Maße freigegeben sind, schon eine gewisse Menge von verdichteter Drucklift aus dem Verdichterzylinder oder den Verdichterzylindern ausgeschoben ist. Es ergibt sich also bei jedem Hub, der groß genug ist, um die genügende Spülung und Speisung des Brennkraftzylinders zu sichern, eine gewisse Mindestförderung der Verdichter zylinder. Trotzdem läßt sich enie sehr geringe Fördermenge des Verdichters erzielen, indem zwischen zwei Hübe, deren Länge zur Durchführung der Spülung und Speisung des Brennkraftzylinders ausreicht, ein oder mehrere kurze Hübe eingeschaltet werden, bei denen keine Spülung und Speisung des Brennkraftzylinders mehr stattfindet, bei denen aber auch die Verdichterzylinder keine Druckluft ausgeben. Mit der Erfindung lassen sich also sehr geringe Fördermengen erhalten, die unter Umständen gerade nur ausreichen, um die im Leerlauf eintretenden Undichtigkeitsverluste auszugleichen, während gleichzeitig das Verhältnis zwischen dem nützlichen Inhalt des Brennkraftzylinders und seinem geometrischen Inhalt verbessert wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich mit ihrer Hilfe die Unterschiede verringern lassen können, die zwischen den aktiven Hüben bestehen können, d. h. also zwischen den verschiedenen Hüben, bei denen die Steueröffnungen des Motorzylinders genügend weit freigegeben sind, um die vollständige Spülung und Speisung des Brennkraftzylinders: sicherzustellein, und bei denen gleichzeitig verdichtete Druckluft durch die Druckventile des oder der Verdichterzylinder ausgestoßen wird. Man kann sogar so weit gehen, daß man den aktiven Hüben immer im wesentlichen die gleiche Länge erteilt, die der größten Fördermenge pro- Hub entspricht, während die Lieferleistung des Verdichters durch Veränderung der Zahl der immer zwischen je zwei aktiven Hüben liegenden neutralen Hübe geregelt wird.
  • Es sei hier erwähnt, daß Treibgaserzeuger bekannt sind, bei denen die Kolben ständig einen im wesentlichen unveränderlichen Hub machen. Es sind dies die aus zwei Maschineneinheiten zusammenbesetzten Treoibgaserzeuger, die derart miteinander verbunden sind, daß der auswärts gerichtete motorische Arbeitshub der Kolben der einen Maschineneinheit den einwärts gerichteten Hub der Kolben der anderen Maschineneinheit bewirkt. Diese bekannten Maschinen haben jedoch nicht die Möglichkeit, zwischen den aktiven Hüben neutrale Hübe zu machen, d. h. wesentlich kürzere Hübe als die aktiven Hübe, da ja bei ihnen alle Hübe ohne Ausnahme im wesentlichen die gleiche Länge haben müssen.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Nocken i9 eine genügende Anzahl vor. Zonen aufweist, wobei in jeder Zone eine verschiedene Zahl von Vorsprüngen vorhanden ist, um die Regelung der von .dem Verdichter gelieferten Druckgas- oder Druckluftmenge in dem ganzen Regelbereich der Maschine durch Veränderung des Verhältnisses zwischen den miteinander abwechselnden neutralen und aktiven Hüben herbeizuführen. Eine entsprechende Maßnahme könnte in gewissen Fällen auch bei Treibgaserzeugern angewendet werden.
  • Bei Anwendung der letztgenannten Ausführungsform der Erfindung erhält man eine Flugkolbenmaschine, deren Regelung mit einem besonders günstigen Wirkungsgrad verbunden ist, da alle aktiven Hübe der hin und her gehenden Kolben im wesentlichen der größten Fördermenge entsprechen.
  • Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß im Vorstehenden nur Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind, auf welche diese weder hinsichtlich ihrer Ausführungsformen noch hinsichtlich ihrer Anwendungsarten beschränkt ist. Es bestehen zahlreiche Abänderungsmöglichkeiten, deren Anwendung in den Bereich der vorliegenden Erfindung fällt. So könnte beispielsweise gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Leerlauf durch zeitweiliges Stillsetzer der Kolbenaggregate in der Nähe eines ihrer Totpunkte während der Dauer einer oder mehrerer Kolbenschwingungen herbeigeführt werden. Man würde in diesem Fall die Kolbenaggregate in dem Augenblick stillsetzen, in dem ihre Geschwindigkeit beinahe Null ist, und zwar würde hierzu eine Blockierungsvorrichtung mit elektrischer, hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Betätigung dienen können, die beispielsweise auf der hin und her schwingenden Welle der Schwinghebel der Synchronisier ungsvorrichtung angebracht ist. Die Steuerung dieser Blokkierungsvorrichtung könnte in Abhängigkeit von der Regelung der Maschine durch Einrichtungen geschehen, die ähnlich den oben beschriebenen Einrichtungen sind.

Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung einer Kolbenmaschine zur Erzeugung von Gasdruck mit mindestens zwei Arten von Kolbenhüben entsprechend zwei verschiedenen Druckgaslieferungen, von denen die eine Null sein kann, insbesondere Treibgaserzeuger mit Freiflugkolben, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Lieferleistung der Kolbenmaschine zwischen zwei aktive Kolbenhübe, deren Länge ausreicht, um die Ein- und Auslaßöftnungen des Brennkraftzylinders der Kolbenmaschine in einem zum ausreichenden Spülen und Speisen des Brennkraftzylinders geeigneten Maße zu öffnen, eine oder mehrere neutrale Kolbenhübe eingeschaltet werden, die so kurz sind, daß zugleich . mit einer Unterbrechung der Lieferung von verdichtetem Gas die Steueröffnungen des Brennkraftzylinders verschlossen bleiben oder höchstens in einem für die Spülung und Speisung des Brennkraftzylinders unzureichendem Maße geöffnet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet; daß ein Wechsel zwischen aktiven Kolbenhüben mit Druck, gasförderung und ausreichender Spülung und Speisung des Brennkraftzylinders und neutralen Kolbenhüben ohne Druckgasförderung und ohne ausreichende Spülung und Speisung des Brennkraftzylinders nur in dem Bereich geringer Förderleistung stattfindet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hublänge der aktiven Hübe mindestens annähernd konstant ist und der größten Fördermenge pro Hub entspricht, während die Zahl der zwischen zwei aktiven Hüben eingeschalteten neutralen Hübe entsprechend der geforderten Lieferleistung veränderlich ist. q..
  4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den aktiven und neutralen Hüben in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Anlage, zu der der Druckgaserzeuger gehört, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Druck des Druckgases selbsttätig gesteuert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß während der neutralen Hübe in den Brennkraftzylinder Brennstoff eingespritzt wird, der mit dem Luftüberschuß verbrennt, welcher in dem Brennkraftzylinder von dem letzten, vorhergehenden aktiven Hub verblieben ist, und der dazu dient, die hin und her gehende Kolbenbewegung auch während der neutralen Hübe aufrechtzuerhalten:.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein Steuerglied, beispielsweise einen Nocken, mit dessen Hilfe das Verhältnis zwischen den aktiven und den neutralen Hüben in voraus bestimmbarer Weise regelbar ist.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflieferung des während der aktiven Hübe Brennstoff einspritzenden Injektors (12) bei den neutralen Hüben unterbrochen wird, wobei beispielsweise an die Verbindungsleitung zwischen der Brennstoffpumpe (13) und dem Injektor (12) ein steuerbares Auslaßventil (17) angeschlossen ist. B.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Brennkraftzylinder (2) außer dem Injektor (12), dessen Einspritzung während der neutralen Hübe unterbrochen ist, ein zweiter Injektor (32) angeschlossen ist, der bei jedem Hub eine konstante Brennstoffmenge einspritzt, die gleich der während der neutralen Hübe einzuspritzenden Brennstoffmenge zum Unterhalt der hin und her gehenden Kolbenbewegungen ist.
  9. 9. Vorrichtung für Flugkolbentreibgaserzeuger zur Durchführung des Verfahr rens nach den Ansprüchen i und 2, gekennzeichnet durch ein in Abhängigkeit vom Treibgasdruck arbeitendes Steuerglied (22), welches unterhalb eines bestimmten Treibgasdruckes die Vorrichtung zum Einschalten eines oder mehrerer neutraler Hübe zwischen zwei aufeinanderfolgenden aktiven Hüben wirksam macht, während oberhalb des genannten Druckes sämtliche Hübe aktive Hübe sind. io.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des je aktiven Hubes eingespritzten Brennstoffes auch beim Betrieb mit abwechselnden aktiven und neutralen Hüben in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der von den Treibgasen angetriebenen Maschine, z. B. einer Turbine (T), geregelt wird, wobei vorzugsweise die Grenzen, innerhalb -deren die Brennstoffmenge regelbar ist, in Abhängigkeit vom Treibgasdruck veränderlich sind. i i.
  11. Vorrichtung für Flugkolbenbrennkraftverdichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Brennkraftkolben gesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen des Brennkraftzylinders (2) eine solche Lage haben, daß der Ausschub der in dem oder den Verdichterzylindern verdichteten Druckluft schon begonnen hat, ehe die Steueröffnungen des Brennkraftzylinders von den Brennkraftkolben bei ihrem Auswärtshub freigegeben werden.
  12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Blockierungsvorrichtung, die zur Durchführung des Leerlaufs die Flugkolben in einer ihrer Totpunktstellungen während der Dauer einer oder mehrerer hin und her gehender Kolbenbewegungen festhält.
DEP79411D 1939-06-29 1939-07-08 Verfahren und Vorrichtung zur Reglung einer Kolbenmaschine zur Erzeugung von Gasdruck Expired DE720281C (de)

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DEP79411D Expired DE720281C (de) 1939-06-29 1939-07-08 Verfahren und Vorrichtung zur Reglung einer Kolbenmaschine zur Erzeugung von Gasdruck

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