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Steuerung für einen Kolbenkompressor Die Erfindung bezieht sich auf
eine Steuerung für einen Kolbenkompressor mit mehreren dicht um ein zylindrisches
Drehschiebergehäuse herum angeordneten Arbeitszylindern, in denen doppeltwirkende
Kolben mittels einer Z-förmigen Kurbel, einer Taumelscheibe oder einer Schwingplatte
hin und her bewegt werden, wobei die Achsen der Arbeitszylinder parallel zur Achse
des Drehschiebergehäuses verlaufen und die Arbeitszylinder an jedem Ende wenigstens
eine kombinierte Ein- und Auslaßöffnung besitzen, die in das Innere des Drehschiebergehäuses
mündet, in dem ein außen zylindrisch geformter Drehschieber mit je einer
Einlaß- und Auslaßkammer umläuft, die mit Saug-bzw. Auslaßöffnungen in der Wandung
des Drehschiebers in Verbindung stehen und so angeordnet sind, daß sie im richtigen
Zeitpunkt mit den - kombinierten Ein- und Auslaßöffnungen der Zylinderenden
in Verbindung treten, wobei die Einlaßkammer über das eine Ende des Drehschiebers
mit einem Einlaßkanal, die Auslaßkammer über das andere Ende des Drehschiebers mit
einem Auslaßkanal verbunden ist.
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Wird ein Kolbenkompressor dieser Art verwendet, um Brennkraftmaschinen
mit einer Überladung zu versehen, so ist es häufig erwünscht, daß die größte durch
die Vorverdichtung bewirkte Zunahme des Brennkraftmaschinendrehmomentes im unteren
Bereich der Maschinengeschwindigkeit erreicht wird, wogegen im oberein Geschwindigkeitsbereich
eine geringere Zunahme des Maschinenidrehmomentes eintreten sollte. Die Erfahrung
hat gezeigt, daß bei einer Maschine, die nicht besonders dafür konstruiert ist,
mit hoher Vorverdichtung bei hoher Geschwindigkeit zu arbeiten, ein zufriedenstellender
Betrieb erreicht wird, wenn das Drehmoment durch Vorverdichtung um etwa 5011/o erhöht
wird, und zwar im Bereich etwa bis zur Hälfte der vorgesehenen Maximalgeschwindigkeit.
Nachteilige Wirkungen entstehen hierbei nicht; die Maschine wird aber thermisch
überbelastet, wenn sie bei ihrer Maximalgeschwindigkeit mit einer durch Vorverdichtung
erreichten Drehmornentzunahme von mehr als 201/o. arbeitet.
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Bei der Steuerung für einen Kolbenkompresso r, wie sie vorstehend
beschrieben ist, wird das Vorverdichtungsausmaß über den ganzen Bereich der Maschinengeschwindigkeit
hinweg aufrechterhalten. Wird nun eine Steuerung verwendet, die das Maximum des
zulässigen Maschinendrehmomentes im unteren Ge-
schwindigkeitsbereich erzielen
läßt, so müssen Mittel vorgesehen werden, die bewirken, daß im oberen Geschwindigkeitsbereich
das Maß der Überladung reduziert wird. Dies kann durch Drosseln der Einlaßöffnung
des Verdichters . im oberen Bereich der Maschinengeschwindigkeit erreicht
werden. Nur hat dies zur Folge, daß die vom Verdichter im Verhältnis zu seiner Mengenleistung
aufgenommene Energie erheblich ansteigt. Außerdem müssen geeignete, zweckmäßig automatisch
wirkende Regelvorrichtungen vorgesehen sein, damit eine Überbelastung der Maschine
verhindert wird. Ein zweiter Weg, den angestrebten Erfolg zu erreichen, würde der
sein, die Einlaßöffnung bzw. -öffnungen bei jedem Arbeitsspiel im Bereich der höheren
Maschinengeschwindigkeiten früher zu schließen. Diese Maßnahme ist zwar, was den
Wirkungsgrad anbelangt, vorteilhaft, erfordert aber regelbare Ventileinrichtungen
sowie die selbsttätige Steuerung solcher Einrichtungen, sofern die Gefahr einer
Überlastung der Maschine verhindert werden soll.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Saugöffnungen de s
Drehschiebers und die kombinierten Ein- und Auslaßöffnungen derart gestaltet sind,
daß die wirksame Breite der Saugöffnung gemessen rechtwinklig zurr Bewegungsrichtung
des Drehschiebers gegenüber der jeweils zu steuernden kombinierten Ein-und Auslaßöffnung
im ersten Abschnitt einer jeden Öffnungsperiode der Saugöffnung verhältnismäßig
groß und während des letzten Teils einer jeden Öffnungsperiode der Saugöffnung verhältnismäßig
klein ist.
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Zweckmäßig geschieht dies in der Weise, daß jede Saugöffnung im Drehschieber
in dem Bereich, der zunächst mit jeder der kombinierten Ein- und Auslaßöffnung in
Verbindung gelangt, verhältnismäßig breit, jedoch über jenen Bereich verhältnismäßig
schmal ist, der im letzten Abschnitt der Öffnungsperiode mit jeder -der kombinierten
Ein- und Auslaßöffnungen in Verbindung tritt. Der Übergang von
dem
breiten zu dem engen Teil einer jeden Saugöffnung des Drehschiebers kann scharf
ausgebildet sein. In diesem Falle kann der enge Abschnitt einer jeden Saugöffnung
des Drehschiebers entweder durch einen engen Schlitz oder durch mehrere Öffnungen
geeigneter Abmessungen gebildet sein.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Drehschieber, wobei
dieser Schnitt durch die Ventilachse einerseits und durch Abschnitte von zwei Saugöffnungen
hindurchgeführt ist; Fig. 2 zeigt den Umfang des Drehschiebers in abgewickeltem
Zustand.
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Der in Fig. 1 dargestellte Drehschieber weist eine Auslaßkammer
KI auf, die über das äußere Ende des Drehschiebers bei K-2 mit einem Auslaßkanal
in Verbindung steht; eine Einlaßkammer K3 steht über das innere Ende des Drehschiebers
bei L mit einem Einlaßkanal in Verbindung. Die Auslaßkammer KI weist zwei Auslaßöffnungen
K4 und K5 in der Drehschieberwandung auf; diese Öffnungen können, wie dargestellt,
rechteckig ausgebildet und auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten des
Drehschiebers angeordnet sein; sie liegen in den Ebenen der kombinierten Einlaß-
und Auslaßöffnungen der Zylinderenden. Die Saugkammer Ks steht mit zwei Saugöffnungen
K6 und K7 in Verbindung, die gleichfalls an diametral einander gegenüberliegenden
Seiten des Drehschiebers vorgesehen und in den Ebenen der kombinierten Einlaß- und
Auslaßöffnungen der Zylinder liegen.
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Die Satigöffnungen KO, K7 besitzen einen vorderen Abschnitt, der eine
verhältnismäßig breite Rechteckform aufweist; an einer etwa in der Mitte der Gesamtlänge
der Öffnung liegenden Stelle endet dieser breite Abschnitt, und auf dem Rest ihrer
Länge wird die Öffnung von einem engen Schlitz Ks gebildet.
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Beträgt beispielsweise die Abmessung des verhältnismäßig breiten vorderen
Teils KO, K7 einer jeden Saugöffnung etwa 20 mm, so wird die Breite des Schlitzes
K8 etwa ein Zehntel dieser Breite sein, d. h., der Schlitz wird etwa 2 mm
breit sein.
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Bei einer Abänderungsform kann an Stelle der engen Schlitze Ks eine
Reihe von kreisförmigen oder anderweitig gestalteten Öffnungen geeigneter Breite
bzw. geeigneten Durchmessers treten; diese bilden dann den engen Abschnitt einer
jeden Saugöffnung.
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Wird der Kolbenkompressor im unteren Teil seines Geschwindigkeitsbereiches
betrieben, d. h., daß seine volumetrische Fördermenge noch verhältnismäßig
klein ist, so reicht der öffnungsbereich der Saugöffnung aus, um einen freien Luftzufluß
zu gewährleisten, ohne daß dabei in nennenswertem Umfange durch Drosselung eine
Verkleinerung der Amsaugmenge bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit eintritt, auch
wenn dieser Bereich durch die Breite des Schlitzes Ks bestimmt wird; er genügt für
die dann benötigte Strömungsmenge. Arbeitet der Kolbenkompressor im oberen Geschwindigkeitsbereich,
so reicht die zur Verfügung stehende Saugöffnung aus, um eine durch Drosselung bewirkte
Verkleinerung der Ansaugmenge bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit während des
anfänglichen Teils eines jeden Saughubes zu vermeiden. Der verfügbare Bereich der
Saugöffnung wird aber während des letzten Teils eines jeden Saughubes durch Drosselung
so stark herabgesetzt, daß die bei jedem vollständigen Saughub angesaugte Luftmenge
erheblich begrenzt und damit die volumetrische Leistung erheblich reduziert ist.
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Es ist also ersichtlich, daß das Ausmaß der Abdrosselung des freien
Zuflusses in die Zylinder mit der Geschwindigkeitszunahme proportional wächst; sowohl
die Stelle im Gesamtgeschwindigkeitsbereich, bei der diese Drosselung eine nennenswerte
Wirkung auszulösen beginnt, als auch das Ausmaß, in dem diese Wirkung sich mit der
Zunahme der Geschwindigkeit steigert, können den Anforderungen entsprechend festgelegt
werden, indem die einzelnen Teile so ausgebildet werden, daß sich die wirksame Öffnung
der Saugöffnungen während jeder Ansaugperiode in geeigneter Weise ändert.
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Darüber hinaus ist der Wirkungsgrad bei Anwendung der vorliegenden
Erfindung größer als jener, der sich erreichen läßt, wenn der Verdichtereinlaß über
den oberen Teil des Geschwindigkeitsbereiches gedrosselt wird; die Wirkungsweise
ist zwar nicht ganz so gut, als wenn sie durch zeitliche Veränderung des Ventilspiels
erfolgen würde; sie ist aber für alle praktischen Zwecke hinreichend gut; vor allem
ist die Wirkungsweise völlig selbsttätig, so daß die Notwendigkeit der Anwendung
irgendeiner Steuervorrichtung oder einer sonstigen zusätzlichen, gegebenenfalls
selbsttätig wirkenden Regelvorrichtung entfällt, die sonst erforderlich wäre, um
im Bereiche der höheren Geschwindigkeiten die Möglichkeit einer Überbeanspruchung
der Maschine auszuschließen, mit der der Kompressor zum Zwecke der Überladung zusammenwirkt.