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Regelvorrichtung für eine Diesel-Gasmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine Regelvorrichtung für eine Diesel-Gasmaschine mit einem gasdruckbeeinfiußten
Umschalter, der bei fehlendem Gasdruck die Maschine von Gasbetrieb mit Zündölzufuhr
auf reinen Dieselbetrieb umschaltet und gleichzeitig die Gaszufuhr absperrt, wobei
Gasregelorgan und Absperrvorrichtung in einem einzigen, in der Gaszufuhrleitung
zur Maschine befindlichen Absperr-und Regelglied mit stufenlos unter dem Einfiuß
des Drchzahlreglers der Maschine änderbaren Öffnungsquerschnitt vereinigt sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer R egelvorrichtung
der vorgenannten Art nicht nur wie bekannt die Gaszufuhr bei fehlendem Gasdruck
abzusperren, sondern diese Absperrung auch bei überschreitung eines festgesetzten
Gasdruckes wirksam werden zu lassen. Andernfalls könnte, da der öffnungsquerschnitt
des Regelgliedes für die Gaszufuhr für einen bestimmten Gasdruck ausgelegt ist und
da das Regelglied bis zum Erreichen des geschlossenen Zustandes einen erheblichen
Drehzahlanstieg benötigt, leicht eine gefährlich hohe Drehzahl der Maschine auftreten.
Weitere Aufgaben sind darin zu sehen, daß die Regelvorrichtung ohne ein zu den Gasregelorganen
führendes Gestänge arbeitet, und daß eine gleichzeitige Betätigung des oder der
Regelorgane für die Verbrennungsluft auf Grund der Bauweise der Regelvorrichtung
auf einfache Art und Weise, d. h., ohne zusätzliches Gestänge möglich ist.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die stufenlose
Änderung des öffnungsquerschnittes durch Verändern des Druckes eines Druckmittels
geschieht, das auf ein mit dem Absperr-und Regelglied verbundenes Kolbenglied wirkt
und daß in die Druckmittelzuführungsleitung von dem Drehzahlregler zu dem Kolbenglied
ein Absperrventil eingeschaltet ist, das in den Stellungen des Umschalters »Gasdruck
über dem Sollwert« und »Fehlender Gasdruck« geschlossen, in den dazwischenliegenden
Stellungen »Normaler Gasdruck« und »Verminderter Gasdruck« bzw. Diesel-Gasbetrieb
mit erhöhter Zündölzufuhr jedoch geöffnet ist, so daß das Absperr- und Regelglied
in den beiden ersten Fällen geschlossen ist, in den beiden letzten Fällen jedoch
dem Einfluß des Drehzahlreglers unterliegt.
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Die Druckmittelbetätigung der Regelorgane ergibt dabei die Möglichkeit,
ohne Gestänge zu arbeiten, und die Einschaltung eines Absperrventils in die Betätigungsleitung
macht es möglich, die sich widerstreitende Forderung nach Absperrung bei zu hohem
und zu niedrigem Gasdruck zu erfüllen.
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Es ist eine Regelung der eingangs genannten Bauart bekannt, bei der
das vereinigte Absperr- und Regelglied über Gestänge mit der Regelvorrichtung verbunden
ist, was die Erfüllung der vorgenannten sich widersprechenden Forderung mit erträglichem
Aufwand ausschließt.
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Es ist weiter bekannt, das Gasregelqrgan durch den Drehzahlregler
bei Überdrehzahl mit Hilfe einer Servosteuerung beschleunigt zu schließen. Wegen
der erforderlichen Überdrehzahl ergibt diese Schnellschlußvorrichtung jedoch keine
genügende Sicherheit gegen gefährlich hohe Drehzahlen.
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Die weiter oben erwähnte Betätigung des Regelorgans für die Verbrennungsluft
geschieht vorteilhaft dadurch, daß an die Druckmittelzuführungsleitung ein Stellzylinder
angeschlossen ist, der mit dem Regelorgan für die Verbrennungsluft derart verbunden
ist, daß der Öffnungsquerschnitt dieses Regelorgans dem Druck des Druckmittels nach
einem vorgegebenen linearen und nichtlinearen Gesetz proportional ist, wobei das
Regelorgan entweder unmittelbar auf die Verbrennungsluft wirkt oder diese mittelbar
beeinilußt.
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Dem Auftreten eines gefährlichen Zustandes durch ein unerwartetes
Ausbleiben des Druckmittels wird vorteilhaft dadurch vorgebeugt, daß der öffnungsquerschnitt
mit ansteigendem Druck des Druckmittels größer wird, wobei ein federndes Glied der
von dem Druckmittel ausgeübten Kraft derart entgegenwirkt, daß es bestrebt ist,
das Absperr- und Regelglied in seine Schließlage zu bringen.
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Dem Auftreten eines gefährlichen Zustandes beim Ausbleiben des Druckmittels
und/oder Bruch des Federgliedes wird vorteilhaft dadurch vorgebeugt, daß der Gasdruck
derart auf eine Seite des Kolbengliedes, die der druckmittelbeaufschlagten Seite
abgewandt ist, wirkt, daß er das Absperr- und Regelglied bei Ausfall des Druckmittels
und des Federgliedes notfalls in die Schließlage zu bringen imstande ist.
In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Anmeldungsgegenstandes schematisch
dargestellt.
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Aus der Leitung 1 gelangt das Gas über den Druckregler 2 zu dem Gasregelorgan
3. Das Gasregelorgan 3 besteht aus dem Absperr- und Regelglied 4, dem Kolbenglied
5, das durch eine Wälzhaut 6 abgedichtet ist, dem Federglied 7, im vorliegenden
Fall einer Zugfeder, und der Einstellschraube B. Das Absperr-und Regelglied 4 ist
so geformt, daß sein öffnungsquerschnitt sich in Abhängigkeit vom Hub nach einem
bestimmten linearen oder nichtlinearen Gesetz verändert. Die Einstellschraube 8
dient zum Ausgleich der vielfach unterschiedlichen Kräfte der Zugfedern 7 und der
Ungleichheiten des Füllungsgrades der verschiedenen Zylinder beim Ansaughub. An
der nicht näher dargestellten Gasmaschine entlang verläuft die Gasverteilerleitung
10, in der ein Sicherheitsventil Il zur Druckentlastung bei etwa eintretendem Flammenrückschlag
sitzt. Die wirksamen Flächen des Absperr- und Regelgliedes 4 und des Kolbengliedes
5 bzw. der Wälzhaut 6 sind so bemessen, daß der auf diese Flächen wirkende Gasdruck
eine geringe Restkraft in Schließrichtung erzeugt, die aber gegenüber der durch
Druckluft von oben auf das Kolbenglied 5 ausgeübten Kraft weitaus zurücktritt. Von
dem Gasregelorgan 3 gelangt das Gas über das Gaseinlaßventil12, das als Schleppventil
auf dem Schaft des Einlaßventils 13 gleitet, in den Einlaßkanal 14 und von dort
durch das geöffnete Einlaßventil 13 in den Zylinderraum 15, wo es von einem aus
einer Einspritzdüse kommenden Zündbrennstoffstrahl (nicht dargestellt) entzündet
wird. Die Verbrennungsluft strömt in den Einlaßkanal aus der längs der Maschine
verlaufenden Einlaßleitung 16, in die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der Abgasturbolader 17 Luft fördert. Die Einlaßleitung 16 ist über die Leitung 18
mit dem Druckregler 2 verbunden, so daß dieser in der Lage ist, den kurz vor dem
öffnungsquerschnitt 9 herrschenden Gasdruck so zu regulieren, daß er um einen festen
Differenzbetrag über dem Druck im Einlaßkanal 14 liegt, so daß die pro Zeiteinheit
in den Zylinderraum 15 bei geöffnetem Gaseinlaßventil12 einströmende Gasmenge nur
von der jeweiligen Größe des Öffnungsquerschnittes 9 abhängt. An der Einlaßleitung
16 ist das Sicherheitsventil 19 angebracht, das dem gleichen Zweck wie das Sicherheitsventil
11 dient.
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Die Regulierung der Größe des Öffnungsquerschnittes 9 geschieht folgendermaßen:
Mit dem Stellglied 20 des Drehzahlreglers 21, der von beliebiger rein mechanischer
oder hydro-mechanischer Bauart sein kann, ist der eine Endpunkt 22 des zweiarmigen
Hebels 23 verbunden, an dessen mittlerem Drehpunkt 24 die Gasregelstange 25 und
die Regelstange 26 der Einspritzpumpe 27 angelenkt sind. Die Einspritzpumpe 27 liefert
je nach der Stellung der Regelstange 26 den schon erwähnten schwachen Zündbrennstoffstrahl
oder einen stärkeren Brennstoffstrahl, der es gestattet, die volle Maschinenleistung
im reinen Dieselbetrieb zu erzeugen. In der Regelstange 26 befindet sich das federnde
Glied 28, dessen Federkraft schwächer ist als die Federkraft des Zündölanschlages
29, so daß es im Wegbereich des Punktes 24 zwischen den Stellungen »100 % Gas« bzw.
»8 j Diesel« und »0 ö Gas« zusammengedrückt wird, während die Einspritzpumpe 27.
in der Stellung »8 °J0 Diesel«, die der 8 wo der Vollastmenge von
Dieselbrennstoff betragenden Zündölmenge entspricht, unverändert stehenbleibt. Beim
Abstellen der Maschine wird die Regelstange 26 in nicht näher dargestellter Weise
in die Nullförderstellung gebracht, wobei die Feder des Zündölanschlages 29 zusammengedrückt
wird. Mit der Gasregelstange 25 ist das Druckminderventil 30 über das federnde Zwischenglied
31 verbunden, das in dem Wegbereich des Punktes 24 zwischen den Stellungen »8 "/"o
Diesel« und »100 % Diesel« zusammengedrückt wird, da der Steuerschieber 32 an seinem
Endanschlag angelangt ist. Der Steuerschieber 32 regelt den Luftdruck in der Leitung
33 und damit, wenn das Ventil 34 geöffnet ist, auch in der Leitung 35 und in dem
Raum über der Wälzhaut 6 auf folgende Weise: Die durch die Leitung 36 zugeführte
Druckluft füllt den Innenraum des Steuerschiebers 32, in dem der Ventilkörper 37
gleitet und mit seiner aus einer Gummiplatte bestehenden Stirnfläche auf dem Ventilsitz
38 des Steuerschiebers unter dem Einfluß der Feder 39 aufliegt, die schwächer als
das Federglied 31 ist, so daß sieh letzteres praktisch wie eine starre Verbindung
gegenüber der Feder 39 verhält. Die Stirnfläche des Ventilkörpers 37 verschließt
die Mittelbohrung des Kolbens 40, der durch die Feder 41 an die Stirnfläche des
Ventilkörpers 37 angepreßt wird. Verschiebt die Regelstange 25 den Steuerschieber
32 nach links, so wird, da die Feder 41 den Kolben 40 festhält, die Dichtfläche
38 von dem Ventilkörper 37 abgehoben und Druckluft strömt in den Raum 43 bzw. in
die Leitung 33, bis der auf den Kolben 40 wirkende Luftdruck so weit angestiegen
ist, daß er den Kolben 40 nach links verschieben kann. Dadurch gelangt der Ventilkörper
37 wieder auf den Ventilsitz 38 und die Druckluftzufuhr in den Raum 43 hört auf.
Wird der Steuerschieber 32 nach rechts verschoben, so kann Druckluft aus dem Raum
43 durch die Mittelbohrung des Kolbens 40 ins Freie strömen, der darauf nach rechts
wandert und die Mittelbohrung wieder schließt. Der Druck in Raum 43 wird daher um
so höher sein, je weiter der Steuerschieber 32 nach links verschoben wird, und um
so niedriger, je weiter rechts der Steuerschieber 32 steht. In dem Gasregelorgan
3 entspricht der Druck in der Leitung 35 ein mehr oder minder großem Öffnungsquerschnitt
9, da der auf der Wälzhaut 6 bzw. auf dem Kolbenglied 5 lastende, von der Stellung
der Gasregelstange 25 abhängige Luftdruck eine Kraft ergibt, welche die Feder mehr
oder weniger in die Länge zieht. An dem anderen Endpunkt 44 des Hebels 23 greift
die Kolbenstange 45 des Servokolbens 46 des Umschalters 47 an. Das Impulsglied des
Umschalters 47 besteht aus einer Membran 48, welche die Räume 49 und 50 voneinander
trennt. Der Raum 49 ist über die Leitung 51 mit der Gasverteilerleitung 10 und der
Raum 50 über die Leitung 52 mit der Lufteinlaßleitung 16 verbunden. Wenn in der
Leitung 10 kein Gasdruck vorhanden ist, der um einen bestimmten Differenzbetrag
höher ist, als der Luftdruck in der Leitung 16, wird die Membran 48 durch die Federn
53 und 54 in die dargestellte Lage gebracht. Mit der Membran 48 ist der Steuerkolben
55 verbunden, der den Servokolben 46 mit Hilfe von Drucköl, das durch die Leitung
56 zu- und durch die Leitung 57 abgeführt wird, derart steuert, daß er dem Steuerkolben
55 nachfolgt. Der Akkumulator 58 dient dem Zweck, das Umschalten von Gasbetrieb
auf Dieselbetrieb zu beschleunigen, da bei zu lang-
Samen Lauf des
Servokolbens 46 ein unerwünschter Drehzahlanstieg der Maschine auftreten kann. Wenn
der Gasdruck seinen Sollwert aufweist, steht der Punkt 44 in Stellung »Gas« und
die Maschine arbeitet als Diesel-Gasmaschine mit Zündölzufuhr. Liegt der Druck im
Raum 49 unter dem Solldruck, aber immer noch so hoch, daß die zugeführte Gas- und
Zündölmenge zwar nicht für die volle Leistung, aber tür Teillast ausreicht, so steht
der Punkt 44 zwischen den Stellungen »Diesel« und »Gas«, was zur Folge hat, daß
die Einspritzpumpe 27 die zum Vollastbetrieb fehlende Brennstoffmenge über die Zündölmenge
hinaus liefert, wenn die augenblickliche Last dies verlangt. Ist der Druck im Raum
49 höher als der Solldruck des Gases, so wandert der Punkt 44 über die Stellung
»Gas« hinaus nach rechts, wobei die Feder 59 zusammengedrückt wird. In diesem Fall
gerät der Stößel 60 des Ventils 34 außer Eingriff des Nockens 61, wodurch das Ventil
34 schließt und die Leitung 35 entlüftet wird. Dasselbe geschieht in der Stellung
»Diesel« des Punktes 44. Wenn die Leitung 35 entlüftet ist, schließt die Feder 7
das Absperr-und Regelorgan 4. An die Leitung 35 ist die Leitung 62 angeschlossen,
die zu dem Stehzylinder 63 führt, der eine von der Höhe des Druckes in der Leitung
62 abhängige Stellung einnimmt und dabei die Regelklappe 64 verstellt, die eine
Verbindungsleitung 65 zwischen der Abgasleitung 66 und der Lufteinlaßleitung 16
beherrscht. Die Lufteinlaßleitung 16 ist an der Einmündungsstelle der Verbindungsleitung
65 mit einer Venturidüse 67 versehen, die eine örtliche Druckabsenkung erzeugt,
damit auch bei aufgeladenen Maschinen Abgas in die Einlaßleitung 16 strömen kann,
in der sonst höherer Druck herrscht als in der Abgasleitung. Die Regelklappe 64
wird so gesteuert, daß im Teillastbereich mit fallender Belastung eine wachsende
Menge Abgas in die Einlaß-(citung 16 geleitet wird, damit das Mischungsverhältnis
Sauerstoffanteil der Verbrennungsluft zu Gas den für einen niedrigen Brennstoffverbrauch
günstigsten Wert im gesamten Lastbereich behält. Dabei kann sich die Veränderung
des Öffnungsquerschnittes der Regelklappe 64 linear oder nichtlinear zu dem Luftdruck
in der Leitung 62 bzw. zu der dieser proportionalen Belastung verhalten.