DE1626429B1

DE1626429B1 - Kraftanlage mit einer Dieselbrennkraftmaschine für Betrieb mit flüssigem Brennstoff und Gas

Info

Publication number: DE1626429B1
Application number: DE19651626429
Authority: DE
Inventors: Anton Steiger
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1965-02-02
Filing date: 1965-02-05
Publication date: 1970-08-27
Also published as: FR1461070A; CH431190A; GB1114610A; NL6502991A; ES322358A1; US3406666A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kraftanlage mit einer eine kontinuierliche Zufuhr der durch Verdampfung Dieselbrennkraftmaschine für Betrieb mit flüssigem im Behälter entstehenden Gasmenge nach der Maß-Brennstoff und Gas, welches durch Verdampfung in gäbe ihres Anfalles der Brennkraftmaschine ermögeinem Behälter für verflüssigtes Gas anfällt, mit einem licht, wobei nicht nur die für die gewünschte augen-Kompressor, der in der Gasleitung zwischen dem Be- 5 blickliche Leistung fehlende Brennstoffmenge durch hälter und der Brennkraftmaschine angeordnet ist, flüssigen Brennstoff ersetzt wird, sondern die Anlage einem Druckregler sowie mit Einrichtung zur Be- mit einem einzigen Regler auskommen soll, um messung der Mengen des zugeführten flüssigen und Schwierigkeiten mit dem Zusammenlauf mehrerer gasförmigen Brennstoffes, die durch eine Differential- Regler zu vermeiden.

vorrichtung miteinander verbunden sind, wodurch bei io Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Kraftanlage einAnstieg der einen Menge die andere Menge vermin- gangs geschilderter Gattung erfindungsgemäß dadurch dert wird, indem ein Druckfühler auf das Einstell- gekennzeichnet, daß der Druckregler in der Gasleigestänge einer der Bemessungseinrichtungen gegen tung zwischen dem Behälter und dem Kompressor die Kraft einer Feder einwirkt, welche auf die Diffe- angeordnet ist, vor und nach dem Kompressor einen rentialvorrichtung im Sinne einer Verminderung des 15 dem Gasanfall entsprechenden Druck im Sinne einer Gasanteils einwirkt und wobei bei ungenügendem jeweils der verdampften Gasmenge entsprechenden Gasanfall die Gasentnahme aus dem Behälter unter- abgesaugten Gasmenge aufrechterhält und bei ungebrochen wird. In Tankschiffen mit Methan wird durch nügendem Gasanfall die Gasentnahme aus dem BeAbkühlung verflüssigtes Erdgas bei etwa —161° C in hälter unterbricht und daß der Druckfühler die Einisolierten Behältern von rechteckigem Querschnitt 20 richtungen zur Bemessung der Brennstoffmengen in transportiert. Die Behälter können nur geringen Über- Abhängigkeit vom Förderdruck des Kompressors bzw. Unterdruck ertragen. Damit durch die unver- derart einstellt, daß in an sich bekannter Weise bei meidliche, natürliche Verdampfung des Erdgases in einem Anstieg des Druckes die der Maschine zügeden Behältern in diesen kein unzulässiger Überdruck führte Gasmenge vergrößert und die des flüssigen entsteht, sind die Behälter mit Überdruckventilen ver- 25 Brennstoffes verkleinert wird, und umgekehrt, sehen, welche bei einem Anstieg des Druckes einen Die erfindungsgemäße Kraftanlage gestattet einen

Teil des entstandenen Gases in die Atmosphäre ab- kontinuierlichen gemischten Betrieb mit Gas und flüsblasen. sigem Brennstoff, ohne plötzliche Umschaltungen von

Dabei besteht das Problem einer Ausnutzung des einem Brennstoff auf den anderen. Die erfindungs-⁼ in den Behältern anfallenden Gases in den Antriebs- 30 gemäße Anlage verwendet dabei einen einzigen, auf motoren des Schiffes. den Gasfluß zur Brennkraftmaschine wirkenden

Es sind bereits Anordnungen vorgeschlagen wor- Druckregler, so daß wegen der Einfachheit der Reden, bei welchen das durch Verdampfung entstehende gelung Störungen entfallen, die sonst bei einer Zu-Gas der Dieselmotorenanlage des Schiffes zur Ver- sammenwirkung mehrerer Regler entstehen können, brennung zugeführt wird. Eine derartige Anordnung 35 Da bei der erfindungsgemäßen Kraftanlage der Komist z. B. aus der Zeitschrift »M. A. N.-Dieselmotoren- pressor das Gas jeweils nur gegen einen Gegendruck Nachrichten«, Heft 43, 1964, bekannt. fördert, der von der anfallenden Gasmenge abhängig

Bei dieser bekannten Anordnung wird das in den ist, wird weniger Energie für den Antrieb des Kom-Behältern durch Verdampfung anfallende Gas immer pressors benötigt als bei der sonst üblichen Regelung auf einen Druck komprimiert, der vom augenblick- 40 auf einen konstanten Druck mit Abblasen auf der liehen Ladedruck des Dieselmotors abhängig ist, und Druckseite.

zwar immer um die gleiche Druckdifferenz über dem Vorzugsweise ist es bei der Kraftanlage möglich,

Ladeluftdruck des Motors liegt. Diese Anordnung ist ein Regelorgan vorzusehen, mittels dessen der auf zu einem kontinuierlichen Verbrauch des Gases nach den Druckfühler wirkende Steuerdruck gegenüber der Maßgabe dessen Anfalles nur geeignet, wenn eine 45 dem Förderdruck des Kompressors in einem beliebizusätzliche komplizierte Regelung verwendet wird, gen Verhältnis reduziert werden kann. Bei einer derwobei sich dann aus dem Zusammenlauf der beiden artigen Ausbildung braucht der Druckfühler nicht auf Regler Schwierigkeiten ergäben. den vollen Druck des Kompressors dimensioniert zu

Andererseits ist aus der »MTZ«, 1961, S. 199 bis werden.

201, eine Dieselmotoranlage für Betrieb mit Erdgas 5°· Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeich- und mit Dieselöl bekannt, bei welcher ebenfalls der nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles Druck des zugeführten Gases derart geregelt wird, erläutert.

daß ständig die gleiche Druckdifferenz zwischen Luft In der Zeichnung ist nur der zur Erläuterung der

und Gas entsteht. Es ist ein Umschaltregler vorgese- Erfindung notwendige Teil einer Kraftanlage darhen, welcher vom Druck des zugeführten Gases be- 55 gestellt. Die an sich bekannten Teile, wie z.B. die einflußt ist und dazu bestimmt ist, bei unzureichender Dieselbrennkraftmaschine an sich, sind aus Gründen Zufuhr des Gases von Gasbetrieb auf Ölbetrieb um- der Anschaulichkeit weggelassen worden. In der Fizuschalten. Er kann auch bei unzureichendem Gas- gur ist ein Behälter 1 mit einer wärmeisolierenden druck die Menge des zugeführten Dieselöls in Abhän- Schicht 2 dargestellt, welcher eine Füllung 3 von vergigkeitvon der geforderten Last erhöhen, bis zu einem 60 flüssigtem Erdgas enthält. Eine Rohrleitung 4 dient Punkt, wo ausschließlicher Ölbetrieb herrscht. Diese zum Füllen und zum Entleeren des Behälters. Selbst-Anlage, die zwei Regler verwendet, ist verhältnis- verständlich sind in einem Tankschiff derartige Bemäßig kompliziert und gestattet trotzdem nicht die hälter in größerer Anzahl vorgesehen. Aus Anschau-Anpassung des Gasverbrauches an einen Anfall von lichkeitsgründen ist jedoch nur ein Behälter gezeichgasförmigem Brennstoff durch Verdampfung. 65 net worden. Der Behälter 1 ist zusammen mit den an-

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung deren Behältern an eine Gasleitung 5 angeschlossen, einer Kraftanlage für den erwähnten Zweck zugrunde, in die das im Behälter 1 durch Verdampfung entstanwelche die genannten Nachteile nicht aufweist und dene Gas gelangt. In der Gasleitung 5 ist ein Wärme-

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Übertrager 6 zur Aufheizung des Gases angeordnet. betrieb mit flüssigem Brennstoff. Die Justierung der Weiter befindet sich in der Gasleitung 5 ein Über- Zündölmenge erfolgt mittels der beiden Muttern 27 druckventil 7, welches bei einem Anstieg des im Be- durch Veränderung des Abstandes S. . ...
hälter 1 und in der Gasleitung 5 herrschenden Druk- Die Stange 28 ist durch einen zweiarmigen Hebel

kes über einen bestimmten zulässigen Wert einen Teil 5 34 mit einer Einstellstange 35 einer ähnlich wie die des Gases durch eine sogenannte Sturmleitung 8 in Pumpe 30 ausgebildeten Hubgeberpumpe 36 verbundie Atmosphäre abbläst. An die Gasleitung 5 ist über den, die auf hydraulischem Wege die nicht dargestelleine Abzweigleitung 10 mit einem Drosselorgan 1 ten Gasventile in den Gaseinblasleitungen der Brennein Kompressor 12 angeschlossen, der z. B. ein mehr- kraftmaschine steuert. Die Pumpe 36 erhält ihren Anstufiges Zentrifugalgehäuse sein kann. Der Kompres- io trieb über eine Welle 37 von der Kurbelwelle der sor 12 wird von einem Elektromotor 13 angetrieben. Brennkraftmaschine in der gleichen Weise wie die In der elektrischen Leitung 14 des Motors 13 sind Pumpe 30. Durch eine Leitung 38 wird der Hubgeber-Schalter 15 angeordnet, die von einem Regler 16 be- pumpe 36 ein hydraulisches Mittel, das z. B. Schmieröl tätigt werden. Der Regler 16 steht durch eine Leitung oder ebenfalls der flüssige Brennstoff sein kann, zu-17 unter dem Einfluß des im Behälter 1 sowie den 15 geführt. Die Pumpe steuert durch dieses Mittel über eventuellen weiteren Behältern herrschenden Druckes. Steuerleitungen 39 die Dauer bzw. die Höhe des Hu-Der Regeler 16 betätigt außer den Schaltern 15 mit- bes der Gasventile. Die Regelung erfolgt in ähnlicher tels Servosteuerung auch das Drosselorgan 11. Weise wie bei der Pumpe 30 durch die Einstellstange

Vom Kompressor 12 führt eine Druckleitung 18 35. Deren Stellung 0 bedeutet eine Zufuhr, die Stelzu den nicht dargestellten Gasventilen in den Gasein- 20 lung IO volle Zufuhr des gasförmigen Brennstoffes, blaseleitungen der Brennkraftmaschine. In der Druck- Die Einstellstange 35 wird durch eine Feder 40 im leitung 18 ist ein Absperrorgan 20, ζ. B. wie dar- Bilde nach links gezogen im Sinne einer Vermindegestellt ein Ventil, angeordnet, welches einen Ab- rung der dem Motor zugeführten Gasmenge. Die Beschluß der Druckleitung gestattet, wenn z. B. die wegung der Einstellstange in dieser Richtung ist durch Brennkraftmaschine außer Betrieb ist. An die Druck- 25 einen Anschlag 48 begrenzt.

leitung 18 ist außerdem eine Steuerleitung 21 ange- Der zweiarmige Hebel 34 ist über einen Winkel-

schlossen, die zu einem Druckfühler 22 führt. In der hebel 41 und eine Stange 42 mit dem Ausgangshebel Steuerleitung 21 kann ein Druckminderungsorgan 23 43 eines Drehzahlreglers 44 verbunden, dessen Sollangeordnet sein, welches dem Druckfühler 22 ent- werthebel 45 durch eine Stange 46 mit einem Einstellsprechend seiner Einstellung einen niedrigeren Druck 30 hebel 47 am Bedienungsstand der Maschine verbunals den in der Druckleitung 18 herrschenden Druck den ist. '

zuführt, so z. B. einen bestimmten, einstellbaren An- Durch Einstellung des Hebels 47 wird in an sich

teil des in der Leitung 18 herrschenden Druckes. Das bekannter Weise über den Regler 44 und den Hebelist in der Zeichnung durch die Skala mit dem Zeiger mechanismus 41, 42 eine Einstellung der abzugebenangedeutet. In der Stellung 0 ist die Zuleitung für den 35 den Last der Maschine durchgeführt. Dabei efmög-Druck gesperrt, in der Stellung 10 wird der volle, in licht der zweiarmige Hebel 34 eine ergänzende Binder Leitung 18 herrschende Druck dem Druckfühler Stellung der beiden Pumpen 30 und 36. Durch die 22 zugeführt. Einstellung des Hebels 41 wird der Gesamtmenge des

Der Druckfühler 22 enthält einen Membrankörper zur Verbrennung gelangenden flüssigen und gasför-24, dem der vom Druckregler 23 modifizierte Gas- 40 migen Brennstoffes bestimmt. Der Hebel 34 sorgt dadruck, im normalen Betrieb der volle Gasdruck der für, daß, je mehr an flüssigem Brennstoff zur Ein-Druckleitung 18, durch eine Steuerung 21 zugeführt spritzung gelangt, d. h. je weiter rechts sich in der wird. Der Membrankörper 24 steht unter dem Einfluß Zeichnung die Stange 28 befindet, um so weniger vom einer Meßfeder 25, die auf den letzteren eine kompri- gasförmigen Brennstoff der Verbrennung zugeführt mierende Kraft ausübt. Der Membrankörper 24 be- 45 wird, d. h., daß um so weiter die Stange 35 nach links wegt gemäß dem in ihm herrschenden Gasdruck eine verschoben wird. Steht die Stoßstange 26 id ihrem Stoßstange 26. Die Stoßstange 26 ist mit Einstellmut- — wie gezeichnet — rechtsseitigen Anschlag (Gastern 27 versehen. Bei einer Bewegung im Bilde nach druck unter dem Minimalwert), so sorgt die Feder 40 links drückt die Stoßstange 26 auf eine Einstellstange dafür, daß die Einstellstange 35 der Hubgeberpumpe 28 einer Einspritzpumpe 30 für flüssigen Brennstoff. 50 36 gegen den Anschlag 48 gezogen wird, also .kein Der größte Hub der Stoßstange ist dabei durch den Gas in den Motor gelangen kann.
Anschlag der Muttern 27 gegen eine Stirnfläche^' ~~ Übersteigt jedoch der Gasdruck in der Steuerleider Einspritzpumpe begrenzt. Zu diesem Zweck ist rung 21 den unteren Grenzwert, wird im Bilde die durch die Muttern 27 der Abstand S zwischerFder Stoßstange 26 und mit ihr die Einstellstange 28 nach Stirnfläche der äußeren Mutter und dem Ende der 55 links verschoben und dadurch die Menge des zur EinStoßstange 26 einstellbar. spritzung gelangenden flüssigen Brennstoffes vermin-

Die Einspritzpumpe erhält ihren Antrieb durch dert. Gleichzeitig wird eine um so größere Menge an eine Welle 31 und fördert flüssigen Brennstoff, der gasförmigem Brennstoff der Verbrennung in der Madurch eine Leitung 32 zugeführt wird, durch Leiten- schine zugeführt.

gen 33 den einzelnen Zylindern der Brennkraftma- 60 Der Druck in der Leitung 21 bildet ein Maß für schine zu. Die Stange 28 ist dabei in Längsrichtung die Menge des im Behälter 1 durch Verdampfung anverschiebbar und stellt entsprechend ihrer Einstellung fallenden Gases. Je nachdem, wie sich der Druck im die zur Einspritzung gelangende Menge von flüssigem Behälter 1 ändert, ändert sich durch den Einfluß des Brennstoff ein. In der Zeichnung ist das durch einen Reglers 16 auch der Druck vor dem Kompressor 12 an der Stange 28 angebrachten Zeiger und durch die 65 und somit auch der Druck in der Rohrleitung 18.
Skala angedeutet. Die Stellung 0 bedeutet Stillstand Wenn bei der erfindungsgemäßen Anlage die im

der Maschine, die Stellung 1 die bei Gasbetrieb erfor- Behälter 1 anfallende Gasmenge größer ist als die derliche Zündölmenge und die Stellung 10 Vollast- Brennkraftmaschine verbrauchen kann, so steigt der

Druck im Behälter so weit an, daß das Überdruckventil 7 öffnet und den Überschuß in die Atmosphäre abbläst. Wenn andererseits durch hohen Verbrauch der Gasdruck im Behälter 1 unter den zulässigen Wert sinken sollte, so schließt der Regler 16 das Drosselorgan 11 vollständig, und der Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt nur mit flüssigem Brennstoff. Normalerweise steuert jedoch der Regler 16 das Drosselorgan 11 so, daß die abgesaugte Gasmenge jeweils genau der verdampften Gasmenge entspricht und der Druck im Behälter 1 auf einem zwischen den Extremwerten befindlichen Druck gehalten wird. Entsprechend wird durch die beschriebene Anordnung der Brennkraftmaschine jeweils der fehlende Energieanteil in Form von flüssigem Brenstoff zugeführt, ausgenommen in Fällen, wo die Menge des verdampften Brennstoffes voll für den augenblicklichen Betrieb der Maschine ausreicht oder sogar die erforderliche Menge überschreitet.

Die erfindungsgemäße Anlage gestattet somit einen kontinuierlichen gemischten Betrieb mit Gas und flüssigem Brennstoff, ohne plötzliche Umschaltungen von einem Brennstoff auf den anderen. Die erfindungsgemäße Anlage verwendet dabei einen einzigen, auf den Gasfluß zur Brennkraftmaschine wirkenden Druckregler, nämlich den Regler 16, so daß wegen der Einfachheit der Regelung Störungen, deren Gefahr beim Zusammenwirken mehrerer Regler besteht, entfallen. Dadurch, daß der Kompressor 12 das Gas jeweils nur gegen einen Gegendruck fördert, der von der anfallenden Gasmenge abhängig ist, wird weniger Energie für dessen Antrieb benötigt als bei der sonst üblichen Drosselregulierung auf der Druckseite. Der Energieverbrauch des Kompressors läßt sich noch weiter dadurch vermindern, daß man als Antriebsmotor 13 des Kompressors 12 einen Motor mit veränderlicher Drehzahl vorsieht und diesen entsprechend der anfallenden Gasmenge bzw. dem Druck in der Förderleitung mit verschiedener Drehzahl laufen läßt. Auf diese Weise ist es möglich, den Kornpressor jeweils in einem optimalen Arbeitsgebiet laufen zu lassen und dabei jeglichen Drosselverlust zu vermeiden.

Das Druckminderungsorgan 23 wird, wie erwähnt, während des normalen Betriebes so eingestellt, daß der volle Druck der Druckleitung 18 auf den Druckfühler 22 bzw. dessen Membrankörper 24 wirkt. Bei einer anderen Einstellung des Druckminderungsorgans23 wird nur ein Teil der verfügbaren Gasmenge verbraucht und der Rest z. B. abgeblasen oder einer anderen Verwendung zugeführt. Das kann z. B. dann sinnvoll sein, wenn bei dem betreffenden Gas im Motor Klopferscheinungen auftreten und die Gasmenge zur Schonung des Motors verringert werden muß. Selbstverständlich kann der direkt wirkende Druckfühler 22 auch als indirekte Servosteuerung ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftanlage mit einer Dieselbrennkraftmaschine für Betrieb mit flüssigem Brennstoff und Gas, welches durch Verdampfung in einem Behälter für verflüssigtes Gas anfällt, mit einem Kompressor_s der in der Gasleitung zwischen dem Behälter und der Brennkraftmaschine angeordnet ist, einem Druckregler sowie mit Einrichtungen zur Bemessung der Mengen des zugeführten flüssigen und gasförmigen Brennstoffes, die durch eine Differentialvorrichtung miteinander verbunden sind, wodurch bei Anstieg der einen Menge die andere Menge vermindert wird, indem ein Druckfühler auf das Einstellgestänge einer der Bemessungseinrichtungen gegen die Kraft einer Feder einwirkt, welche auf die Differentialvorrichtung im Sinne einer Verminderung des Gasanteils einwirkt und wobei bei ungenügendem Gasanfall die Gasentnahme aus dem Behälter unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (11, 16) in der Gasleitung (5) zwischen dem Behälter (1) und dem Kompressor (12) angeordnet ist, vor und nach dem Kompressor einen dem Gasanfall entsprechenden Druck im Sinne einer jeweils der verdampften Gasmenge entsprechenden abgesaugten Gasmenge aufrechterhält und bei ungenügendem Gasanfall die Gasentnahme aus dem Behälter unterbricht und daß der Druckfühler (22) die Einrichtungen (30, 36) zur Bemessung der Brennstoffmengen in Abhängigkeit vom Förderdruck des Kompressors (12) derart einstellt, daß in an sich bekannter Weise bei einem Anstieg des Druckes die der Maschine zugeführte Gasmenge vergrößert und die des flüssigen Brennstoffes verkleinert wird, und umgekehrt.

2. Kraftanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Regelorgan (23), mittels dessen der auf den Druckfühler wirkende Steuerdruck gegenüber dem Förderdruck des Kompressors (12) in einem beliebigen Verhältnis reduziert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen