DE180962C

DE180962C -

Info

Publication number: DE180962C
Application number: DE1903180962D
Authority: DE
Filing date: 1903-04-16
Anticipated expiration: 1923-04-17

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVr 180962 KLASSE 46 ö. GRUPPE

GUSTAV MEES in DÜSSELDORF.

Bekanntlich werden Explosionskraftmaschinen entweder durch Aussetzer oder durch Veränderung des Mischungsverhältnisses von Gas und Luft oder durch Veränderung der Zylinderfüllung, d. h. der angesaugten Gemischmenge bei stets gleichbleibendem Mischungsverhältnis geregelt. Bei Anwendung des letzteren Verfahrens wird die Verdichtung mit abnehmender Belastung entsprechend der geringeren angesaugten Gemischmenge kleiner, während sie beim Mischungsveffahren bei 'allen Belastungen konstant bleibt, da der Zylinder stets voll angesaugt wird.

Der Hauptvorzug des Mischungsverfahrens besteht in der für alle Belastungen gleichbleibenden hohen Verdichtung. Bekanntlich bewirkt die Steigerung der Verdichtung die Verminderung des Brennstoffverbrauches bei allen Explosionskraftmaschinen. Bei einer nach dem Mischungsverfahren arbeitenden Explosionskraftmaschine wird jedoch bei den niederen Belastungsstufen die Zündung des alsdann zu schwachen Gemisches immer nnsicherer und die Verbrennung des Gemisches nur unvollkommen und schleichend erfolgen, womit ein großer Verlust verknüpft ist. Bis auf den Leergang herunter kann nach dem Mischungsverfahren überhaupt nicht geregelt werden, da unterhalb einer gewissen Belastungsstufe die Zündungen nicht mehr regelmäßig eintreten, und die Gemischladungen teilweise völlig unverbrannt ausgeblasen werden. Aus diesem Grunde ist man in neuerer Zeit immer mehr zur Füllungsregelung übergegangen, bei welcher der Nachteil der unsicheren Zündung und unvollkommenen Verbrennung bei den niederen Belastungsstufen vermieden wird. Zwar hat auch die Höhe der Verdichtungsspannung einen gewissen Einfluß auf Zün- dung und Verbrennung; immerhin ist aber bei der Füllungsregelung die Zündung und Verbrennung bei den geringeren Belastungsstufen bei weitem sicherer und vollkommener als beim Mischungsverfahren. Dagegen hat die Füllungsregelung den großen Nachteil, daß infolge der mit der Belastung abnehmenden Verdichtungsspannung der Wirkungsgrad mit abnehmender Belastung wesentlich schlechter wird, und daß infolge des sowohl bei Vollbelastung als auch bei geringer Belastung und Leergang stets gleichbleibenden Mischungsverhältnisses nicht die vorteilhafteste Wirkung bei allen Belastungen erzielt werden kann.

Aus dieser Betrachtung geht hervor, daß eine bei allen Belastungen gleich vorteilhafte Wirkung weder mit dem ausschließlichen Mischungsverfahren, noch mit dem ausschließlichen Füllungsverfahren erzielt wird. Man hat nun beide Regelungsverfahren bereits in der Weise angewendet, daß bei den höheren Belastungsstufen eine Herabsetzung des Gasgehaltes der Ladung erfolgt, und daß kurz vor dem Punkte, wo das Gemisch zu schwach werden würde, um sichere Zündungen und kräftige Verpuffungen zu ergeben, der Gasgehalt plötzlich wieder erhöht und gleichzeitig in entsprechendem Maße die Zylinderfüllung vermindert wird, worauf bis zum Ende der Reglerwirkung entsprechend dem Leergang der Maschine sowohl der Gasgehalt des

(2. Auflage, ausgegeben am go. November

Gemisches als auch die Zylinderfüllung vermindert werden.

Zum Unterschiede*; hiervon besteht das den Gegenstand ■ der Erfindung bildende Rege- !längsverfahren darin, daß der Regler für die höheren Belastungsstufen der Maschine ein mit abnehmender Belastung ärmer werdendes Gemisch einstellt, von welchem der Zylinder ganz oder doch so gut wie ganz angefüllt wird, worauf ohne plötzliche Erhöhung des Gasgehaltes der Ladung nur die angesaugte Gemischmenge entsprechend der Belastung verändert wird. Die Vorteile dieses neuen Regelungsverfahrens sind folgende:

Bekanntlich zeigen alle nach dem Füllungsverfahren arbeitenden Maschinen den großen Nachteil, daß der Brennstoffverbrauch bei maximaler Belastung am günstigsten ist und mit abnehmender Belastung sehr schnell zunimmt. Nun kann aber in den meisten Fällen eine Kraftmaschine normalerweise nicht mit ihrer maximalen Leistung belastet werden, sondern mit Rücksicht auf die zeitweilige, durch den Betrieb bedingte Steigerung der Belastung durchschnittlich nur mit etwa 70 bis 80 Prozent der Maximalbelastung. Man wird demnach bei Anwendung des Füllungsverfahrens für den praktischen Betrieb stets mit einem wesentlich höheren Brennstoffverbrauch rechnen müssen, als er bei maximaler Belastung — wie gewöhnlich der Fall — ermittelt wird. Bei Betrieben mit starken Belastungsschwankungen ist demnach die nach dem Füllungsverfahren geregelte Explosionskraftmaschine gegenüber der Dampfmaschine (die bekanntlich bei Normalbelastung entsprechend 70 bis 80 Prozent der Maximalleistung am wirtschaftlichsten arbeitet) stark im Nachteil. Die ausschließlich nach dem Mischungsverfahren geregelte Explosionskraftmaschine verhält sich in dieser Beziehung bei den höheren Belastungsstufen zwar ganz bedeutend günstiger, dafür arbeitet sie aber bei den unterhalb einer gewissen Grenze liegenden niederen Belastungsstufen infolge der unsicheren Zündung und unvollkommenen Verbrennung um so günstiger; sie ist somit in Fällen, wo zeitweilig sehr geringe Belastung oder gar Leerläufe vorkommen, überhaupt nicht verwendbar.

Hingegen wird bei einer nach . dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Mischungs- und Füllungsverfahren geregelten Maschine bei normaler Belastung entsprechend etwa 70 bis 80 Prozent der Maximalbelastung ein verhältnismäßig schwaches immerhin aber noch gut entzündbares und kräftige Explosionen ergebendes Gemisch angesaugt, welches, da der Zylinder bei dieser Belastungsstufe noch voll oder so gut wie voll.

gesaugt wird, auf die volle Spannung verdichtet wird. Hohe Verdichtung und schwaches Gemisch bewirken aber bekanntlich geringen Brennstoffverbrauch. Innerhalb der Belastungsgrenzen von etwa 70 oder 80 Prozent der Maximalleistung bis zu dieser letzteren wird der Brennstoffverbrauch annähernd konstant bleiben und erst unterhalb dieser Belastungsgrenze schneller anwachsen. Bei maximaler Belastung saugt dann der Kolben (analog der Dampfmaschine, deren Leistung auf Kosten des Dampfverbrauches wesentlich über die normale gesteigert werden kann) ein sehr reiches Gemisch an, wodurch die Leistung auf Kosten des Brennstoffverbrauches (der, auf die indizierte Leistung bezogen, etwas zunehmen' wird) beträchtlich über die Normalleistung hinausgetrieben werden kann. Bei mittlerer und geringer Belastung endlich saugt der Kolben eine mehr oder weniger große Gemischmenge von ganz oder annähernd der gleichen Zusammensetzung wie bei normaler bezw. wirtschaftlichster Belastung an und verdichtet sie je nach der Belastung mehr oder weniger hoch, stets aber noch wesentlich höher als eine nach dem ausschließlichen Fülluhgsverfahren arbeitende Maschine, bei welcher die Abnahme der Verdichtung bereits von Maximalbelastung an ^beginnt.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine zur Ausführung des gekennzeichneten Regelungsverfahrens bestimmte Vorrichtung nach Art der Steuerung des Patentes 175298, Kl. 46b dargestellt.

Fig. ι zeigt den Zylinderkopf einer Explosionskraftmaschine mit der Gesamtanordnung der Steuerung im Schnitt, in

Fig. 2 sind Einzelheiten der Steuerung dargestellt, während die

Fig. 3 und 4 Querschnitte durch die Luft- und Gaskanäle des Regelungsschiebers bedeuten.

In Fig. ι bezeichnet E das Einlaßventil, das von dem auf der Steuerwelle fest aufgekeilten Nocken 5 durch die mit Rolle r versehene Stange T und den Winkelhebel W zwangläufig geöffnet wird. Der um den BoI-zen b schwingende Hebel h dient dabei zur Führung des mit der Rolle r versehenen Endes der Stange T. Als Absperrorgan für die im zylindrischen Ventilsitzkörper B angeordneten Luftkanäle i und Gaskanäle m dient ein Rundschieber K, welcher durch den Mitnehmer qu mit dem Einlaßventil verbunden und somit gezwungen ist, die öffnungs- und Schließungsbewegungen desselben mitzumachen. Wird das Einlaßventil geöffnet, so öffnet der Rund-Schieber K, nachdem er sich um das der Überdeckung der Kanäle entsprechende Stück abwärts bewegt hat, die Luft- und Gaskanäle i bezw. m mittels seiner Kanäle I₁ bezw. m_v und ebenso schließt er die Kanäle i und m wieder kurz vor Schluß des Einlaßventiles.

Der Rundschieber K dient indessen nicht

nur als Abschluß-, sondern auch als Regelungsorgan und ist zu diesem Zwecke so mit dem Einlaßventil verbunden, daß er vom Regler gedreht werden kann, dergestalt, daß die Kanäle i und m mehr oder weniger durch die entsprechenden Kanäle i_x und m_x geöffnet werden, so daß sowohl die angesaugte Luft _t als auch das Gas je nach der Stellung des Reglers mehr oder weniger gedrosselt und damit

ίο eine geringere oder größere . Gemischmenge bezw. ein schwächeres oder stärkeres Gemisch angesaugt wird. Zu diesem Behufe ist im hohlen Schaft d des Einlaßventiles eine durch den Regler mittels des Hebels k drehbare, im Auge a gelagerte Spindel p angeordnet, deren unteres Ende vierkantig ist. Auf diesem Vierkantende sitzt, in achsialer Richtung verschiebbar, in einer entsprechenden, in der Nähe des Ventiltellers angebrachten Aussparung des Ventil-Schafts der Mitnehmer qu, der seinerseits wieder durch die an seinen beiden Enden eingesetzten, in entsprechende Bohrungen des Regelungsschiebers K passende Zäpfchen c mit letzterem verbunden ist. Verstellt der Regler den Hebel k, so wird die Spindel φ und der auf ihrem Vierkantende sitzende Mitnehmer qu und damit auch der Regelungsschieber K so verdreht, daß je nach der Ausschlagrichtung des genannten Hebels die beim

Öffnen des Einlaßventiles E eröffneten Querschnitte der Luft- und Gaskanäle i und m größer oder kleiner werden, entsprechend der Belastung der Maschine.

Bleibt das Verhältnis der eröffneten Querschnitte der Luft- und Gaskanäle i und m bei allen Stellungen des Regelungsschiebers K gleich, so wird naturgemäß auch das Mischungsverhältnis von Gas und Luft für alle Belastungen der Maschine gleich bleiben. Die Maschine würde somit nach dem Füllungsverfahren geregelt. Dieser Fall liegt vor, wenn die Länge der Luftkanäle i und der Gaskanäle m sowohl in der Schieberbüchse B als auch im ■Schieber K gleich ist und alle Kanäle recht eckig geformt sind. Alsdann hängt das Mischungsverhältnis nur von der Höhe der Kanäle ab.

Bei dieser Regelungsvorrichtung kann man indessen die Luftkanäle i und i_x sowie die Gaskanäle m und m_x so gestalten, daß während des ersten Teiles der Drehbewegung des Schiebers entsprechend den höheren Belastungsstufen der Maschine nur das Gas abgedrosselt wird und erst während des zweiten den niederen Belastungsstufen der Maschine entsprechenden Teiles dieser Drehbewegung Gas und Luft gleichzeitig und in gleichem bezw. annähernd gleichem Maße abgedrosselt werden. Um diesen Zweck zu erreichen, sind die Luftkanäle i (vergl. Fig. 3) in der Schieberbüchse wesentlich kürzer gehalten als die Gaskanäle m (vergl. Fig. 4). Durch entsprechende Wahl der Höhe der Kanäle wird das Mischungsverhältnis entsprechend dem Heizwert des Gases bestimmt.

Der Regelungsschieber K hat in der in den Fig. 3 und 4 gezeichneten Stellung (entsprechend der ausgezogenen Stellung II des Regelungshebels) bereits ein beträchtliches Stück der Gaskanäle m der Schieberbüchse abgesperrt, während die wesentlich kürzeren Luftkanäle i der Schieberbüchse noch voll geöffnet sind, da die Luftkanäle i_x des Schiebers so viel toten Gang haben, als die Gaskanäle m in der Schieberbüchse länger sind wie die Luftkanäle i. Das Gas ist somit von der ursprünglichen, der Maximalbelastung der Maschine entsprechenden Stellung I des Schiebers an bereits stark abgedrosselt worden, wogegen die Luftzuströmung sich während dieser Wegstrecke nicht oder doch nur ganz unwesentlich geändert hat. Auf dem Wege von Stellung I bis Stellung II des Regelungsschiebers findet daher die Regelung nur durch Veränderung des Mischungsverhältnisses statt.

In der gezeichneten Stellung II des Regelungsschiebers entspricht die Länge des noch geöffneten Teiles χ der Gaskanäle m genau der gleichfalls mit χ bezeichneten noch voll eröffneten Länge der Luftkanäle i. Bewegt, sich nun der Regelüngshebel k und der Schieber K bei weiterer Entlastung der Maschine in der Richtung auf Stellung III (Leergang) fort, so werden nunmehr in ganz gleichem Maße sowohl die Gaskanäle m als auch die Luftkanäle i abgesperrt. Da das Querschnittsverhältnis der eröffneten Kanäle i und m für alle zwischen II und III liegenden Stellungen des Schiebers vollkommen gleich bleibt, so bleibt naturgemäß während dieser Wegstrecke auch die Zusammensetzung des Gemisches unverändert, und zwar so, wie sie in Stellung II des Schiebers war. Diese letztere Stellung, bei welcher der Übergang von der Mischungs- zur Füllungsregelung stattfindet, wird natürlich so zu wählen sein, daß das bei dieser Stellung angesaugte Gemisch noch genügend stark ist, um eine sichere Zündung und eine kräftige Verpuffung zu gewährleisten.

Claims

Pate nt-An SPRiJc he:

I. Regelungsverfahren für Explosionskraftmaschinen, bei denen zunächst in bekannter Weise beim Beginn des Reglerhubes entsprechend den höheren Belastungsstufen der Maschine nur das Gas gedrosselt wird bezw. bei denen zu Beginn des Reglerhubes das Gas in wesentlich stärkerem Maße gedrosselt wird als die Luft, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Ende des Reglerhubes ohne plötz-

liehe Erhöhung des Gasgehaltes der Ladung Luft und Gas gleichzeitig und in gleichem oder annähernd gleichem Maße gedrosselt werden, zu dem Zwecke, für die höheren Belastungsstufen den Zylinder mit einem mit abnehmender Belastung ärmer werdenden Gemisch voll oder annähernd voll laden, dagegen für die niederen Belastungsstufen eine mit abnehmender Belastung geringer werdende Gemischmenge von gleich oder annähernd gleich bleibender Zusammensetzung ansaugen zu können.
2. Ein Schieber mit gesonderten Kränzen oder Gruppen von Kanälen für Luft und Gas zur Durchführung des Regelungsverfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (i und I₁) im Schieberspiegel und im Schieber verschieden lang ausgeführt sind, so daß während des ersten Teiles der unter dem Einfluß des Reglers erfolgenden Verstellung des Schiebers (entsprechend den höheren Belastungsstufen der Maschine) nur die Durchgangsquerschnitte für das Gas verengt werden, wohingegen während des •zweiten Teiles der Schieberverstellung (entsprechend den niederen Belastungsstufen der Maschine) die Durchgangsquerschnitte für Gas und Luft gleichzeitig und in gleichem oder annähernd gleichem Maße verengt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.