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Regeleinrichtung für eine Schiffsantriebsanlage Die Erfindung betrifft
eine Regeleinrichtung für eine aus einer aufgeladenen luftverdichtenden Brennkraftkolbenmaschine
und einem von dieser angetriebenen Verstellpropeller bestehenden Schiffsantriebsanlage,
wobei die Brennkraftmaschine so aufgeladen ist, daß der Aufladedruck mit sinkender
Maschinendrehzahl abnimmt, wobei mittels der Regeleinrichtung laufend selbsttätig
eine Anpassung von Propellersteigung und Maschinendrehzahl derart erfolgt, daß der
Maschine mit steigender Drehzahl, erzwungen durch eine entsprechende Änderung der
Propellersteigung, ein immer größeres Drehmoment abverlangt wird, und wobei die
Gesetzmäßigkeit, nach der sich das Drehmoment mit der Maschinendrehzahl ändert,
dem Änderungsverlauf des Aufladedruckes in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl
entspricht, jedoch mit der Maßgabe, daß das Drehmoment niemals einen Wert erreicht,
bei dem die Maschine thermisch überbelastet wäre.
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Die bekannten Regeleinrichtungen schützen zwar eine einen Verstellpropeller
antreibende, aufgeladene luftverdichtende Brennkraftkolbenmaschine wirksam vor einer
zu hohen thermischen Belastung bei Fahrverhältnissen, die dauernd oder vorübergehend
eine weitgehende Ausschöpfung der Leistungsreserve der Maschine erfordern, lassen
andererseits jedoch eine hohe Belastung in der Nähe der extremen Belastung auch
bei solchen Fahrverhältnissen zu, die einen schonenderen und wirtschaftlicheren
Betrieb mit geringer belasteter Maschine ohne weiteres zulassen würden. Dies ist
ein Mangel, der erfindungsgemäß mittels einer Einrichtung behoben wird, die es ermöglicht,
die Propellersteigung willkürlich einzustellen im Sinne der Erzielung eines Drehmomentes
bei jeder Maschinendrehzahl, das jeweils kleiner ist als das für die Maschine bei
dieser Drehzahl maximal zulässige Drehmoment.
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Im Rahmen der Erfindung kann die erfindungsgemäße Regeleinrichtung
unter Verwendung der für solche Zwecke in der Praxis zur Verfügung stehende Bauelemente
jeden beliebigen Aufbau bei grundsätzlicher Eignung aufweisen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Regeleinrichtung dargestellt.
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A b b. 1 zeigt eine Regeleinrichtung für eine aus einer aufgeladenen
Brennkraftkolbenmaschine und einem Verstellpropeller bestehende Schiffsantriebsanlage;
A b b. 2 zeigt ein der Veranschaulichung der Wirkungsweise der Erfindung dienendes
Schaulinienbild. In A b b. 1 ist die Kraftstofleinspritzpumpe einer nicht dargestellten
aufgeladenen Brennkraftkolbenmaschine mit 1 bezeichnet. Das Fördermengenverstellglied
2 dieser Pumpe wird entgegen einer Feder 3 durch die Spindel 4 des Drehzahlreglers
der Brennkraftmaschine verstellt, wobei, wie durch einen Doppelpfeil unter dem Fördermengenverstellglied
2 angedeutet, einer Verstellung nach links in der Zeichenebene eine Kraftstoffabnahme,
einer Bewegung nach rechts dagegen eine Kraftstoffzunahme entspricht. Der Drehzahlregler
besteht, wie meist üblich, aus zwei Fliehgewichten 5, die über einen Teller 6 entgegen
einer Feder 7 auf die Spindel 4 arbeiten. Die Drehzahlfeder 7 stützt sich einerseits
gegen den Teller 6 der Spindel 4 und andererseits gegen einen Teller
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ab, der durch Verdrehen einer Schnecke 9 über ein Schneckenrad
10 eine Welle 11 und einen auf dieser Welle sitzenden Nocken 12 zwecks
Veränderung der Spannung der Drehzahlfeder 7 in Achsrichtung der Spindel 4 verschiebbar
ist. Die Stellung, in der die bisher erwähnten Teile gezeichnet sind, entspricht
dem Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine bei höchster Maschinendrehzahl. Am reglerseitigen
Kopfende des Fördermengenverstellgliedes 2 der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 liegt
unter dem Druck einer Feder 13 das eine Ende eines um den Punkt A schwenkbaren geraden
zweiarmigen Hebels 14 an. Dieser Hebel 14 folgt den Bewegungen des Fördermengenverstellgliedes
bzw. der Verstellspindel 4 des Drehzahlreglers unter dem Einfluß der Feder 13 in
beiden Richtungen verzögerungsfrei. An das andere Ende dieses Hebels 14 ist
eine Stange 15 angelenkt, auf der zwei in einem Gehäuse 18 dichtend geführte und
mit Abstand voneinander angeordnete Kolben 16 und 17 befestigt sind, die der Steuerung
einer Druckflüssigkeit zu den Arbeitsräumen 19 und 20 eines über eine
Stange 21
und einen Hebel 22 auf die Verstelleinrichtung 23 für den Propeller
24 einwirkenden Doppelarbeitskolbens 25 dienen. Der zwei Kolben 16 und 17 aufweisende
Steuerschieber unterteilt das ihm als Führung dienende Gehäuse in drei Räume 26,
27 und 28. Die Räume 26 und 28 stehen mit der Druckmittelzubringerleitung
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in ständiger Verbindung. An den zwischen den beiden Kolben 1.6 und 17 liegenden
Raum 27 ist eine Abfiußleitung 30 angeschlossen. Die die Arbeitsräume 19 und 20
des Arbeitskolbens 25 mit der Steuerungseinrichtung 15, 16, 17 und 18 verbindende
Leitung 31 bzw. 32 mündet im Gehäuse 1.8 des Steuerschiebers in von den Kolben 17
und 16 freigegebenen Schieberkastenöffnungen 33 bzw. 34, deren Breite, in Achsrichtung
des Steuerschiebers gesehen, der Breite der Kolben 17 bzw. 16 entspricht. Alle Hebelverhältnisse
sind so gewählt, daß in der gezeichneten Stellung, bei der die Kolben 16 und 17
die Steueröffnungen 34 bzw. 33 überdecken, am Propeller 24 eine Steigung eingestellt
ist, die der vollen Belastung der Brennkraftmaschine bei höchster Maschinendrehzahl
entspricht. Die bisher erwähnten Teile der Regeleinrichtung und der Brennkraftmaschine
wirken folgendermaßen zusammen: Wird der Brennkraftmaschine über den Propeller 24,
beispielsweise dadurch, daß von der Freifahrt auf Schleppfahrt übergegangen wird,
ein höheres Drehmoment abgefordert, so wirkt sich das zunächst so aus, daß die Drehzahl
der Brennkraftmaschine absinkt. Die Fliehgewichte 5 gehen etwas zusammen und lösen
dadurch eine Bewegung des Fördermengenverstellgliedes 2 der Kraftstoffeinspritzpumpe
1 im Sinne einer Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge, also eine Bewegung in der
Zeichenebene nach rechts aus. Hierdurch wiederum werden über den Hebel 14 die beiden
Kolben 16 und 17 des Steuerschiebers in der Zeichenebene nach links geschoben, wobei
die Querschnitte 34 und 33 im Steuerschiebergehäuse 18 aufgesteuert werden. Es werden
die Leitung 32 und damit der Arbeitsraum 20 des Arbeitskolbens 25 mit dem unter
Druck stehenden Arbeitsraum 28 des Steuerschiebers und die Leitung 31 und damit
der Arbeitsraum 19 des Arbeitskolbens 25 mit dem Arbeitsraum 27 des Steuerschiebers
verbunden, an den die Abfiußleitung 30 angeschlossen ist. Der Arbeitskolben 25 bewegt
sich also in der Zeichenebene nach links und stellt hierbei, wie durch einen Doppelpfeil
veranschaulicht, eine geringere Steigung am Propeller 24 ein. Dies wiederum hat
zur Folge, daß die Brennkraftmaschine etwas entlastet wird, ihre Drehzahl wieder
ansteigt und die Fliehgewichte 5 auseinandergehen und über die Spindel 4 die eingespritzte
Kraftstoffmenge vermindern. Das Fördermengenverstellglied 2 der Kraftstoffeinspritzpumpe
1 bewegt sich also wieder etwas nach links. Der Hebel 14 folgt nach und nimmt dabei
die Steuerkolben 16 und 17 zurück. Es spielt sich hier also ein Reguliervorgang
ab, der damit zu Ende geht, daß der Steuerschieber seine Ausgangsstellung wieder
einnimmt und die Schieberöffnungen 33 und 34 geschlossen sind, allerdings bei einer
geringeren Steigung des Propellers. Diesen Reguliervorgang kann man auch durch Herabsetzung
der Drehzahl der Maschine einleiten. Stellt man beispielsweise durch Entspannung
der Drehzahlfeder 7 eine geringere Brennkraftmaschinendrehzahl ein, so gehen zunächst
die Fliehgewichte 5 des Reglers auseinander und stellen über die Spindel 4 eine
geringere Kraftstoffeinspritzmenge ein. Der Hebel 14 folgt wiederum der Bewegung
des Fördermengenverstellgliedes 2 und stellt eine größere Steigung an dem mit geringerer
Drehzahl laufenden Propeller ein. Diese Vergrößerung der Propellersteigung wiederum
bedeutet eine größere Belastung für die Maschine, so daß das Fördermengenverstellglied
2 der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 wieder eine durch das Zusammengehen der Fliehgewichte
5 freigegebene Bewegung nach rechts, d. h. im Sinne einer Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge
ausführt. Der Hebel 14 folgt wiederum und bewegt die Steuerkolben 16 und 17 in Richtung
auf ihre Ausgangsstellung zurück. Am Ende dieses Reguliervorganges befindet sich
der Steuerschieber wieder in seiner Ausgangsstellung und am Propeller ist eine Steigung
eingestellt, bei der in die Brennkraftmaschine bei der eingestellten Drehzahl die
gleiche Kraftstoffmenge wie vorher eingespritzt wird. Da es sich nun in vorliegendem
Falle bei der Antriebsmaschine um eine aufgeladene Brennkraftkolbenmaschine handelt,
bei der mit abnehmender Drehzahl sich auch der Ladeüberdruck verringert, so daß
die Maschine bei einer unter der Höchstdrehzahl liegenden Drehzahl ohne thermische
überbeanspruchung nicht mehr das Drehmoment herzugeben vermag, das sie bei der Höchstdrehzahl
ohne Gefährdung entwickeln kann, ist noch eine zusätzliche Einrichtung vorhanden,
mittels der bei Reduzierung der Maschinendrehzahl dafür gesorgt wird, daß das Drehmoment,
das der Propeller 24 bei der eingestellten Drehzahl aufnimmt, gleich dem Drehmoment
ist, das die Brennkraftmaschine bei dieser Drehzahl ohne unzulässig hohe thermische
Beanspruchung herzugeben vermag. Es handelt sich hierbei also um eine Korrektureinrichtung
im Hinblick auf das Absinken des Effektivdruckes bei aufgeladenen Brennkraftkolbenmaschinen
bei Herabsetzung der Drehzahl. Die Einrichtung besteht aus einem weiteren zweiarmigen,
um einen Punkt B schwenkbaren Hebel 35, der mit einem Ende auf einem auf
der Welle 11 der Drehzahlverstellvorrichtung sitzenden Nocken 37 aufliegt und an
dessen anderem Ende über eine Stange 39 das rechtwinklig zum Hebel 35 in dessen
Schwenkebene verschiebbare Schwenklager A des Hebels 14 angelenkt ist. Durch Schwenken
des Hebels 35 wird also der Schwenkpunkt A des Hebels 14 verlagert, und zwar so,
daß bei Einstellung einer kleineren Maschinendrehzahl der Schwenkpunkt A in der
Zeichenebene nach links verschoben wird, d. h. im Sinne einer Verkleinerung der
Propellersteigung so weit, daß die Brennkraftmaschine bei der neuen Drehzahl thermisch
nicht überlastet ist.
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Des weiteren ist der Schwenkpunkt B des Hebels 35 mittels einer Schraubspindel
40, auf der ein Handrad 41 befestigt ist, zwischen zwei Anschlägen 42 und 43 entgegen
einer Feder 44 verlagerbar. Diese Verlagerungseinrichtung ermöglicht eine kontinuierliche
Änderung des Ausmaßes, in dem bei einer Herabsetzung der Brennkraftmaschinendrehzahl
die Steigung des Propellers mit Rücksicht auf den Charakter der Antriebsmaschine
als aufgeladene Maschine noch zusätzlich herabgesetzt wird. Die Hebelverhältnisse
sind so gewählt, daß, sofern die verschiebbare geknickte Stange 45, in der der Hebel
35 gelagert ist, am Anschlag 43 anliegt, bei jeder unter der Höchstdrehzahl liegenden
Maschinendrehzahl der Antriebsmaschine gerade das Drehmoment abverlangt wird, das
sie in Anbetracht des geringeren Ladeüberdruckes ohne thermische überbeanspruchung
herzugeben vermag. Wird nun die Stange 45 zum Anschlag 42 hin verschoben, so wird
das Drehmoment, das der Maschine bei der betreffenden, unter der Höchstdrehzahl
liegenden Maschinendrehzahl abverlangt wird, kleiner.
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An Hand des Schaulinienbildes nach A b b. 2 sei die Wirkungsweise
der oben beschriebenen Einrichtung
noch einmal anschaulich in gedrängter
Form erklärt. Das Schaulinienbild zeigt die Zuordnung der Stellung des Fördermengenverstellgliedes
2 der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 zu den verschiedenen Maschinendrehzahlen.
Die vom Punkt C zur Ordinate hin ansteigende Linie a gibt Aufschluß über das Ausmaß,
in dem die Maschinendrehzahl bei stetig verlaufender Entlastung der mit der höchsten
Betriebsdrehzahl laufenden vollbelasteten Brennkraftmaschine ansteigt. Die Linien
b, c, d und e gelten für verschiedene niedrigere Maschinendrehzahlen. Bei
Herabsetzung der Drehzahl der vollbelastet mit höchster Betriebsdrehzahl laufenden
Brennkraftmaschine würde der Arbeitspunkt bei Fehlen der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
bzw. bei unverändert bleibender Steigung des Propellers über H nach 1, K
und L wandern, d. h., die eingespritzte Kraftstoffmenge würde konstant bleiben.
Nun wird aber erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß bei Herabsetzung der Maschinendrehzahl
beispielsweise auf die der Linie b entsprechende Drehzahl gleichzeitig die Steigung
des Propellers so weit verringert wird, daß der Arbeitspunkt nicht von C nach
H, sondern von C nach D wandert. Diesem Arbeitspunkt aber entspricht
eine kleinere eingespritzte Kraftstoffmenge als dem Punkt H. Die Verlagerung des
Arbeitspunktes von C nach D statt nach H bedeutet also eine Herabsetzung
des mittleren effektiven Druckes auf die Arbeitskolben der Maschine, wie dies im
Sinne der Erfindung liegt. Sinngemäß wird bei weiterer Herabsetzung der Maschinendrehzahl
der Arbeitspunkt weiter nach E statt nach 1 bzw. nach F statt nach K bzw. nach G
statt nach L verlagert. Mit der Verlagerung von C nach D, E, F und G statt
nach H, 1, K und L geht jeweils, wie aus dem Schaulinienbild zu ersehen ist, eine
kleine Drehzahlerhöhung einher, die durch den Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers
gegeben ist. Durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung wird also die drehmomentmäßige
Beanspruchung der Brennkraftmaschine nach der Linie z nach oben begrenzt. Das schraffierte
Gebiet rechts dieser Linie z kennzeichnet das Überlastgebiet der aufgeladenen Brennkraftmaschine.
Der durch die Linie z charakterisierte Verlauf der Arbeitspunktverlagerung ergibt
sich, sofern die geknickte Stange 45, in der der Hebel 35 gelagert ist, am Anschlag
43 anliegt. Schiebt die Feder 44 beim Herausdrehen der Spindel 40 die Stange
45 gegen den Anschlag 42, so bedeutet dies, daß sich die Linie z im Schaulinienbild
nach A b b. 2 nach links über y nach x parallel zu z verschiebt. Mittels des Handrades
41 ist jede Zwischenstellung einstellbar. Im Gebiet links der Kurve z wird also
infolge der verstärkt verringerten Propellersteigung der Maschine über den ganzen
Drehzahlbereich ein Drehmoment abverlangt, das kleiner ist als das maximale Drehmoment,
das sie noch ohne thermische Überbeanspruchung zu entwickeln vermag.
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Die oben beschriebene erfindungsgemäße Regeleinrichtung ist so aufgebaut,
daß sie vorübergehend abschaltbar ist und daß sich bei der Abschaltung eine von
Hand bedienbare Verstellvorrichtung automatisch einschaltet. An den Hebel 22 der
Propellerverstelleinrichtung 23 ist über eine Stange 48 ein Handhebel
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angelenkt, der bei geschlossenem Ventil 46, bei selbsttätiger Regelung
der Propellersteigung also, frei mitgeht. Nach Öffnen des Ventils 46 kann
über diesen Hebel 49 die Steigung des Propellers 24 nach Belieben
verändert werden.
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Will man bei Rückwärtsfahrt mit der selbsttätig arbeitenden Regeleinrichtung
fahren, so müssen die Zuleitungen 31 und 32 zu den Arbeitsräumen 19 bzw. 20 so umgeschaltet
werden, daß die Leitung 31 in den Arbeitsraum 20 und die Leitung
32 in den Arbeitsraum 19 münden. Die Umschaltung kann mittels eines entsprechend
ausgebildeten Mehrwegeventils erfolgen.
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Des weiteren ist es zweckmäßig, bei Vorwärtsfahrt und eingeschalteter
erfindungsgemäßer Regeleinrichtung die Verstelleinrichtung des Propellers so zu
blockieren, daß sie nicht über die Null-Lage hinausschwingen kann. Begründet ist
diese Vorsichtsmaßnahme dadurch, daß nach Überschreiten der Null-Stellung das vom
Propeller aufgenommene Drehmoment ja nicht weiter abnimmt, sondern zunimmt.