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Regelvorrichtung für Kraftmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für Kraftmaschine, bei welcher zu Regelungzwecken die Umwandlung einer periodischen Bewegung in eine andere periodische Bewegung erzeugt wird. Erfindungsgemäss wird ein Pendel oder anderes schwingungsfähiges System mit bestimmter Eigenfrequenz benutzt, dessen Aufhängungspunkt oder Schwingungszentrum beweglich angebracht ist, indem seine Bewegung an eine geeignete Bahn gebunden ist und durch geeignete Dämpfungsmittel gehemmt oder gedämpft wird, und von welchem Pendel oder System ein Punkt von der zu regelnden Bewegung zwangläufig gesteuert oder geführt wird, während ein beliebiger anderer Punkt des Pendels oder Systems mit Organen zur Beeinflussung der Regelungsorgane, z. B.
Ventile, Brennstoffpumpen od. dgl., verbunden ist, durch welche die Umdrehungszahl der Kraftmaschine unter veränderlichen Belastungen geregelt werden soll.
Das Pendel od. dgl. wird zweckmässig unter Einfluss einer oder mehrerer Federn, Luft-oder Flüssigkeitsbremsen od. dgl. gestellt, so dass die Bewegung seines Aufhängepunktes bzw. seines Schwingungzentrums passend gehemmt oder gedämpft wird. Der Aufhängungspunkt bzw. das Schwingungszentrum wird ferner zweckmässig in einer geradlinigen oder krummen Bahn geführt.
Das Pendel od. dgl. kann über seinen Aufhängungspunkt bzw. sein Sehwingungszentrum hinaus verlängert sein und dann an einem beliebigen, geeigneten Punkte des verlängerten Teiles von der Welle beeinflusst werden, von welcher die Bewegung übertragen wird.
Die Spannung der das Pendel oder das System beeinflussenden Feder oder Federn kann regelbar sein, und dasselbe gilt von der Eigensehwingungszahl des Pendels oder Systems, indem z. B. bei einem gewöhnlichen Pendel die Sehwingmasse desselben auf gewöhnliche Weise verschiebbar auf dem Pendelarm angeordnet sein kann.
Der Aufhängungspunkt bzw. das Sehwingungszentrum des Pendels oder Systems wird wie gesagt mit geeigneten Organen, z. B. Stangen, verbunden, die dazu dienen, die Regelungsorgane, z. B. Ventile, Brennstoffpumpen od. dgl., zu beeinflussen, wodurch die Drehzahl des Motors oder einer andern Kraftmaschine, von welcher aus die erwähnte Welle getrieben wird, unter wechselnder Belastung geregelt wird.
Die betreffenden Regelungsorgane brauchen jedoch nicht vom Aufhängungspunkt beeinflusst zu werden, sondern sie können in einem oder mehreren beliebigen Punkten des Pendels od. dgl. mit demselben verbunden sein.
Die Erfindung ist auf der Zeichnung veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäss angewandten Bewegungsumwandlungsvorrichtung zur Verdeutlichung des Grundgedankens derselben, Fig. 2 eine graphische Darstellung der Bewegung des Aufhängungspunktes als Funktion der Winkeldrehung der treibenden Kurbel, Fig. 3 eine Ausführungsform der Vorrichtung in Verbindung mit einem Ventil, dessen Öffnung sie regelt, Fig. 4 und 5 schematisch zwei andere Ausführungsformen der Vorrichtung in Verbindung mit verschiedenen Regelungsvorrichtungen, Fig. 6 eine geänderte Ausführungsform der Pendelvorrichtung an sich und Fig. 7 eine Ausführungsform der Bewegungsumwandlungsvorrichtung nach Art einer Unruhe.
Das Pendel a nach Fig. 1 ist drehbar im Punkt b aufgehängt, der in einer waagrechten Bahn geführt wird und von zwei Federn c beeinflusst ist, die ihn in der auf der Zeichnung gezeigten Mittelstellung zu halten versuchen. Das Pendel wird von einer Welle in schwingende Bewegung gesetzt, indem eine Kurbel d durch eine Pleuelstange e das Pendel in einem Punkt f angreift. Die Schwingmasse des Pendels ist mit g bezeichnet.
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Liegt die Drehzahl der Kurbel cl und damit die Sehwingungszahl des Punktes f in der Nähe der EigenschwingungszaI11 des Pendels, ist die Krafteinwirkung im Punkt b klein, und die Hin-und Herbewegung des Punktes b ist deshalb auch nur klein. Die Bewegungen der Punkte f und b sind unter diesen Umständen auch ungefähr in derselben Phase. Wächst die Drehzahl der Kurbel wesentlich über die Eigenschwingungszahl des Pendels hinaus, so wachsen-auch die seitlichen Ausschläge des Punktes b, während die Ausschläge der Sehwingmasse g zufolge der Massenträgheit entsprechend abnehmen.
Gleichzeitig mit der Vergrösserung der Ausschläge des Punktes b erfolgt eine Phasenverschiebung zwischen den Bewegungen der Punkte b und
Die Kurven A und B, Fig. 2, zeigen die Bewegungen des Punktes b als Funktion der Winkeldrehung der treibenden Kurbel, indem der dargestellte Teil der Kurven einer halben Umdrehung der Kurbel d entspricht. Die den Kurven A und B zugrunde liegenden Drehzahlen sind etwas höher als die Eigenschwingungszahl des Pendels, und die Kurve B entspricht der höchsten Drehzahl. In der Entfernung z von der die Mittelstellung des Punktes b angebenden Linie 0 ist eine Linie q-o eingezeichnet. Diese Entfernung entspricht einer gewissen Freibewegung des Punktes b von seiner Mittelstellung aus, ehe er das Regelungsorgan beeinflusst, auf das die Vorrichtung erfindungsgemäss einwirken kann.
Der Schnittpunkt p der Linie q-o mit der Kurve A gibt darum den Zeitpunkt an, wo ein solcher Einfluss bei der der Kurve A entsprechenden Drehzahl aufhört, während der Schnittpunkt o der Linie q-o und Kurve B den Zeitpunkt angibt, wo der Einfluss bei der der Kurve B entsprechenden Drehzahl aufhört. Im letzteren Falle dauert die Einwirkung also eine der Strecke q-o entsprechende längere Zeit. s gibt den Phasenunterschied an.
Die betreffende Regelungsvorrichtung kann z. B. gemäss Fig. 3 ausgeführt sein. Hier wird das Pendel a von einer Welle d1 durch eine Hubscheibe d2 und eine den Pendel im Punkt fangreifende Verbindungsstange ei bewegt. Mit dem Aufhängungspunkt b des Pendels ist eine Schubstange k verbunden, die unter Einwirkung zweier gegen einen Bund k1 der Stange anliegenden Federn c steht. Der umgebende Zylinder kann gegebenenfalls teilweise mit Öl gefüllt sein, so dass man eine Flüssigkeitsbremswirkung erhält. Die Federspannung kann durch Drehung einer Schraubenbüchse ; a auch während des Betriebes geändert werden.
Die Stange k beeinflusst durch einen um einen Zapfen m drehbaren Bogen l das Saugventil h1 der Brennstoffpumpe t einer Brennkraftmaschine, dessen Drehzahl geregelt werden soll. Es ist an sich bekannt, die Drehzahl einer Brennkraftmaschine durch das Saugventil der Brennstoffpumpe zu regeln, indem man durch einen Schhuderregler das Saugventil am Anfang des Druckhubs der Brennstoffpumpe offen hält, während es am Ende des Hubes geschlossen wird, so dass also der Druckhub in einen unwirksamen und einen wirksamen Teil geteilt wird. Während des unwirksamen Teils des Hubes läuft das Öl durch das offene Saugventil zurück, während es während des wirksamen Teils des Hubes zum Brennstoffventil hinaufgedrüekt wird.
Der Zeitpunkt, wo das Ventil geschlossen wird, wird erfindunggemäss durch eine schwingende Vorrichtung im Gegensatz zum verhältnismässig stillstehenden Schleuderregler bestimmt. In Übereinstimmung mit Fig. 2 wird das Saugventil bis zu den Zeitpunkten p bzw. o bei den beiden verschiedenen Umlaufgeschwindigkeiten, die den beiden Kurven A bzw. B entsprechen, offen gehalten. Bei der der Kurve B entsprechenden Geschwindigkeit ist der unwirksame Teil des Druckhubs der Brennstoffpumpe um die Zeit p-o vergrössert (im Verhältnis zu dem, was bei der der Kurve A entsprechenden Geschwindigkeit der Fall ist), so dass die in die Maschine eingepumpte Ölmenge verkleiner ist, wodurch der Gang der Maschine wieder verlangsamt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4, wo den Pumpenkolben der Brennstoffpumpe p, h, und
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Schubstange k verbunden und steht unter dem Einfluss einer gegen den Bund 7c1 anliegenden Feder, deren Spannung durch die Schraubenbüchse k2 geregelt werden kann. Steigt die Drehzahl der Maschine über das Gewöhnliche hinaus, bewirkt die vergrösserte Hin-und Herbewegung des Punktes b, dass das Ventil h3 während jedes Pumpenhubs in einem längeren Zeitraum offen gehalten wird, so dass die eingespritzte Ölmenge verringert wird, wodurch die Drehzahl der Maschine geregelt wird.
Bei der Bauart nach Fig. 5 geschieht die Regelung dadurch, dass der Kolben s derBrennstoffpumpe mit einem Punkt y in der Nähe der Schwingmasse g des Pendels verbunden ist. Bei vergrösserter Drehzahl der Maschine verkleinert sieh die Bewegung (der Ausschlag) des Punktes y und hiemit der Kohlenhub, so dass die eingepumpte Brennstoffmenge verringert wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist das Pendel a über seinen Aufhängungspunkt hinaus verlängert, und er wird von der Welle d1 in einem Punkt f seines verlängerten Teiles beeinflusst.
Anstatt ein Pendel als Bewegungsumwandlungsvorrichtung zu benutzen, kann man Schwingungsysteme anwenden, wo die Schwingung in einer waagrechten Ebene oder einer beliebig geneigten Ebene geschieht.
In Fig. 7 ist beispielsweise eine Art von Unruhevorrichtungen angedeutet. An der Welle 1, deren Geschwindigkeit geregelt werden soll, ist ein Schwungrad 2 lose angebracht. Die Welle 1 trägt ferner eine Exzenterscheibe 3 mit Exzenterbügel. M, der wiederum einen zweischenkeligen Hebel 4 trägt, dessen eines Ende im Punkt 5 (der dem Ausführungspunkt des Pendels entspricht) mit einer zum Regelung-
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organ führenden Stange 6 sowie mit ein r Feder 7 mit veränderlicher Spannung verbunden ist. An Stelle dieser letzteren oder ausser derselben kann gegebenenfalls eine Luft-oder Flüssigkeitsbremse angebracht werden.
Das andere Ende des Hebels 4 hat einen Ausschnitt oder Schlitz 8, der einen drehbar um einen am Schwungrad befestigten Zapfen-M angebrachten Gleitklotz 9 umschliesst.
Diese Konstruktion ist ganz analog mit den oben angegebenen Pendelkonstruktionen, da das Schwingmoment des Schwungrades 2 hier die Schwingmasse des Pendels ersetzt. Sie zeichnet sich indessen, namentlich bei Anwendung in Schiffsmaschinerien, gegenüber der Pendelvorrichtung dadurch aus, dass sie nicht vom Schlingen des Schiffs in See beeinflusst wird, weil sie während der ganzen Zeit um den Schwerpunkt schwingt.
Die Erfindung ist übrigens nicht an die dargestellten und beschriebenen Bauarten gebunden, welche nur als Beispiele angeführt sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Regelvorriehtung für Kraftmaschine mit einem Pendel oder einem andern schwingfähigen System, dadurch gekennzeichnet, dass sein Aufhängepunkt (b) oder sein Schwingungszentrum beweglich und seine Bewegung an eine geeigneteBahngebundenundvonDämpfungsmittelngehemmt oder gedämpft ist und ein Punkt (t) des Pendels oder Systems zwangläufig von der zu regelnden Bewegunggesteuert oder geführt wird, während ein beliebiger anderer Punkt (z. B. b ober y) mit Organen (z. B. Stangen) zur Beeinflussung von Regelungsorganen (z. B. Ventilen, Brennstoffpumpen od. dgl. ) verbunden ist, mittels welchen die Drehzahl der Kraftmaschine bei veränderlicher Belastung geregelt wird.
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Control device for engine.
The invention relates to a control device for a prime mover in which, for control purposes, the conversion of a periodic movement into another periodic movement is generated. According to the invention, a pendulum or other oscillatory system with a certain natural frequency is used, the suspension point or center of oscillation of which is movably attached, in that its movement is bound to a suitable path and is inhibited or damped by suitable damping means, and from which pendulum or system a point from which to regulating movement is inevitably controlled or guided, while any other point of the pendulum or system with organs to influence the regulating organs, z. B.
Valves, fuel pumps or the like. Is connected by which the number of revolutions of the engine is to be controlled under variable loads.
The pendulum or the like is expediently placed under the influence of one or more springs, air or liquid brakes or the like, so that the movement of its suspension point or its center of vibration is appropriately inhibited or damped. The suspension point or the center of vibration is also expediently guided in a straight or curved path.
The pendulum or the like can be extended beyond its suspension point or its center of visual oscillation and then be influenced by the shaft from which the movement is transmitted at any suitable point on the extended part.
The tension of the spring or springs influencing the pendulum or the system can be regulated, and the same applies to the natural vibration number of the pendulum or system, by z. B. in the case of an ordinary pendulum, the oscillating mass of the same can be arranged displaceably on the pendulum arm in the usual manner.
The suspension point or the center of visual oscillation of the pendulum or system is, as I said, with suitable organs, e.g. B. rods connected, which serve to regulate the regulating organs, e.g. B. valves, fuel pumps od. Like. To influence, whereby the speed of the engine or another engine from which the shaft mentioned is driven, is controlled under changing load.
However, the regulating organs in question do not need to be influenced by the suspension point, but they can be connected to the same at one or more arbitrary points on the pendulum or the like.
The invention is illustrated in the drawing, u. 1 shows schematically an embodiment of the movement conversion device used according to the invention to clarify the basic idea of the same, FIG. 2 shows a graphic representation of the movement of the suspension point as a function of the angular rotation of the driving crank, FIG. 3 shows an embodiment of the device in connection with a valve, the opening of which it controls, FIGS. 4 and 5 schematically two other embodiments of the device in connection with various control devices, FIG. 6 a modified embodiment of the pendulum device per se and FIG. 7 an embodiment of the movement conversion device in the manner of a restlessness.
The pendulum a according to Fig. 1 is rotatably suspended at point b, which is guided in a horizontal path and is influenced by two springs c, which try to keep it in the middle position shown in the drawing. The pendulum is set in oscillating motion by a shaft by a crank d engaging the pendulum at a point f through a connecting rod e. The oscillating mass of the pendulum is denoted by g.
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If the speed of the crank c1 and thus the number of visual vibrations of the point f is close to the natural frequency of the pendulum, the force at the point b is small and the to-and-fro movement of the point b is therefore only small. The movements of points f and b are also approximately in the same phase under these circumstances. If the speed of the crank increases significantly beyond the natural oscillation number of the pendulum, the lateral deflections of point b also increase, while the deflections of the visual oscillating mass g decrease correspondingly due to the inertia.
Simultaneously with the enlargement of the deflections of point b, there is a phase shift between the movements of points b and
Curves A and B, FIG. 2, show the movements of point b as a function of the angular rotation of the driving crank, in that the part of the curves shown corresponds to half a revolution of crank d. The speeds on which curves A and B are based are slightly higher than the natural oscillation rate of the pendulum, and curve B corresponds to the highest speed. A line q-o is drawn at the distance z from the line 0 indicating the center position of point b. This distance corresponds to a certain free movement of point b from its central position before it influences the regulating member on which the device can act according to the invention.
The point of intersection p of the line qo with the curve A therefore indicates the point in time at which such an influence ceases at the speed corresponding to the curve A, while the point of intersection o of the line qo and curve B indicates the point in time when the influence on the curve B corresponding speed stops. In the latter case, the action lasts a longer time corresponding to the distance q-o. s indicates the phase difference.
The control device in question can, for. B. be carried out according to FIG. Here the pendulum a is moved by a shaft d1 through a lifting disc d2 and a connecting rod ei that engages the pendulum at the point. A push rod k is connected to the suspension point b of the pendulum and is under the action of two springs c resting against a collar k1 of the rod. The surrounding cylinder can optionally be partially filled with oil, so that a liquid braking effect is obtained. The spring tension can be adjusted by turning a screw sleeve; a can also be changed during operation.
The rod k influences the suction valve h1 of the fuel pump t of an internal combustion engine, the speed of which is to be controlled, through an arc l that can be rotated about a pin m. It is known per se to regulate the speed of an internal combustion engine through the suction valve of the fuel pump by keeping the suction valve open at the beginning of the pressure stroke of the fuel pump by means of a Schhuder regulator, while it is closed at the end of the stroke, so that the pressure stroke becomes a ineffective and an effective part is shared. During the inactive part of the stroke, the oil runs back through the open suction valve, while during the active part of the stroke it is forced up to the fuel valve.
According to the invention, the point in time at which the valve is closed is determined by an oscillating device, in contrast to the relatively stationary centrifugal regulator. In accordance with FIG. 2, the suction valve is kept open until times p and o at the two different rotational speeds which correspond to the two curves A and B, respectively. At the speed corresponding to curve B, the ineffective part of the pressure stroke of the fuel pump is increased by the time po (in relation to what is the case at the speed corresponding to curve A), so that the amount of oil pumped into the engine is reduced, whereby the speed of the machine is slowed down again.
In the embodiment of FIG. 4, where the pump piston of the fuel pump p, h, and
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Connected push rod k and is under the influence of a spring lying against the collar 7c1, the tension of which can be regulated by the screw sleeve k2. If the speed of the engine increases beyond the usual, the increased reciprocation of the point b causes the valve h3 to be kept open for a longer period of time during each pump stroke, so that the amount of oil injected is reduced, thereby regulating the speed of the engine becomes.
In the construction according to Fig. 5, the regulation takes place in that the piston s of the fuel pump is connected to a point y in the vicinity of the oscillating mass g of the pendulum. When the engine speed increases, the movement (deflection) of point y is reduced, and with it the coal stroke, so that the amount of fuel pumped in is reduced.
In the embodiment according to FIG. 6, the pendulum a is extended beyond its suspension point, and it is influenced by the shaft d1 at a point f of its extended part.
Instead of using a pendulum as a movement conversion device, one can use vibration systems where the vibration occurs in a horizontal plane or in any inclined plane.
In Fig. 7, for example, a type of restless device is indicated. A flywheel 2 is loosely attached to the shaft 1, the speed of which is to be controlled. The shaft 1 also carries an eccentric disk 3 with an eccentric bracket. M, which in turn carries a two-legged lever 4, one end of which is at point 5 (which corresponds to the execution point of the pendulum) with a control
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organ leading rod 6 as well as with a r spring 7 is connected with variable tension. In place of the latter or in addition to the latter, an air or liquid brake can optionally be attached.
The other end of the lever 4 has a cutout or slot 8 which encloses a sliding block 9 rotatably attached to a pin M attached to the flywheel.
This construction is completely analogous to the pendulum constructions given above, since the oscillating moment of the flywheel 2 replaces the oscillating mass of the pendulum here. However, it is distinguished from the pendulum device, especially when used in ship machinery, in that it is not influenced by the ship's looping at sea, because it swings around the center of gravity all the time.
Incidentally, the invention is not bound to the types shown and described, which are only given as examples.
PATENT CLAIMS:
1. Regelvorriehtung for prime movers with a pendulum or another oscillatable system, characterized in that its suspension point (b) or its center of oscillation is movable and its movement is bound to a suitable path and is inhibited or damped by damping means and a point (t) of the pendulum or system is inevitably dependent on regulating movement is controlled or guided, while any other point (z. B. b over y) with organs (z. B. rods) to influence regulating organs (z. B. valves, fuel pumps od. The like.) Is connected by means of which the speed of the engine is controlled with a variable load.