DE2209778B2 - Heißgaskolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgaskolbenmotor, der mit einer Brennervorrichtung mit einem Verbrennungslufteinlaß, dem ein Ventilator Verbrennungsluft zuführen kann, und mit einem Brennstoffeinlaß versehen ist, dem eine Brenristoifpurnpvorrichiung, deren Ausgang sich über eine Brennstoffzuführleitung an den Brennstoffeinlaß anschließt, von einem Brennstoffbehälter herrührenden Brennstoff zuführen kann, wobei eine Brennstoffrückfuhrleitung vorhanden ist, die sich an der Stelle des Ausgangs der Pumpvorrichtung an die Brennstoffzuführleitung anschließt, und wobei ein Druckregelventil in die Brennstoffzufuhrleitung aufge-

)0 noinmen ist, wobei ferner ein temperaturempfindliches Element vorhanden ist, mit dem die Brennstoffzufuhr geregelt werden kann, und wobei die Verbrennungsluftzufuhr im Verhältnis zur Brennstoffzufuhr geregelt wird. Ein Heißgaskolbenmotor der vorliegenden Art ist aus der NL-PS 1 01 166 bekannt. Hierbei betätigt ein durch die Temperatur des Erhitzers beeinflußter Thermostat einen in die Brennstoffzuführleitung aufgenommenen Rcgclmcchanismus, der die pro Zeiteinheit zur Brcr.nervorrichtung strömende Brennstoffmenge bestimmt.

Steigt die abgenommene Leisten;», so sinkt die Temperatur des im höheren Temperaturteil des Arbeitsraums des Motors befindlichen Arbeitsmediums, und damit die Erhit/.ertemperatiir. Der Thermostat sorgt dann dafür, daß der Rcgelmechanismus mehr Brennstoff durchläßt. Sinkt die abgenommene Leistung, wodurch die Erhitzcrtcmperatur ansteigt, so sorgt der Thermostat dafür, daß der Regelmechanismus weniger Brennstoff zur Brennervorrichtung durchläßt. Auf diese Weise ist eine konstante Erhitzertemperatur gcwährlcistet.

Als Mcßstcllen für das temperaturempfindliche Element kommen nicht nur die Hrhitzerrohre in Betracht, sondern es kann auch beispielsweise die Temperatur des Arbeitsmediums in dem eine höhere Temperatur aufweisenden Teil des Arbeitsraums unmittelbar durch die Anordnung des temperaturempfindlichen Elements in diesem Raum bestimmt werden.

Die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr im Verhältnis zur Brennstoffzufuhr erfolgt bei dieser bekann ten Vorrichtung mittels in der Brennstoff- bzw. Vcrbrennungsluftleitung vorgesehenen Druckunterschiedmesscrn, die im entgegengesetzten Sinn auf dasselbe Element eines hydraulischen Systems angreifen, das einen Regelmechanismus in der Verbrennungsluftlcitung betätigt. Diese bekannte Konstruktion /um Regeln der Brennstoff- und Verbrennungsluftzufuhr zur BrennervorricMtung eines Heißgaskolbenmotors hat den Nachteil, daß sie kompliziert und kostsnielii? ist

(hydraulisches Regelsystem, Regelmechanismus, Druckunterschiedmesser). An den Regelmechanismus in der Brennstoffleitung werden hohe Anforderungen gestellt. Der Durchgang muß nämlich über einen grollen Brennstoffstrombereich (beispielsweise von 0,02 bis 1,2 Gramm/Sekunde, d.h. ein Verhältnis von I : 60 für den kleinsten zum gröBten Brennstoffstrom) genau und reproduzierbar einstellbar sein. Wird den gestellten Anforderungen nicht genügt, so verursacht dies namentlich bei kleinen Brennstoffströmen allerhand Schwierigkeiten infolge der falschen Brennstoffdosierung, wie Erlöschen des Brenners. Instabilität des Temperaturregelkreises und unvollständige Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches mit schmutzigen, gesundheitsschädlichen Auspuffgasen. Für den Druck-Unterschiedmesser in der Brennstoffzuführleitung bedeutet das Verhältnis von 1 :60 des kleinsten zum größten Brennstoffstrom, daß dieser Messer Druckunterschiede genau und reproduzierbar innerhalb eines sehr großen Meßbereichs messen können muß, in welchem sich der kleinste zum größten Druckunterschied wie i : 3600 verhält. Der erzeugte Druckunterschied ist hier entsprechend dem Strömungsgesetz von Bernouilli proportional dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit.

Eine Meßungenauigkeit der Druckunterschiedmesser führt zu einer Abweichung des Verbrennungsluft-Brennstoffverhältnisses vom gewünschten Wert, wodurch wieder eine unvollständige Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches auftreten kann. jo

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Heißgaskolbenmotor zu schaffen, bei dem der Brennervorrichtung des Motors mit Hilfe einfacher, wirtschaftlicher Mittel Verbrennungsluft und Brennstoff stets im erwünschten Verhältnis zugeführt werden. J5

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Heißgaskolbenmotor der eingangs crwähnlen Art erfindiingsgemäß dadurch gelöst, daß das temperaturempfindliche Element die Drehzahl der Pumpvorrichtung und des damit gekoppelten Ventilators regell, die jeweils eine der Drehzahl direkt proportionale Fördermenge aufweisen, wobei das Druckrcgelvcnlil in dem zwischen der Anschlußstelle der Brcnnstoffrückfiihrleitung und dem Brennstoffeinlaß liegenden Teil der Brennstoff zuführleitung angeordnet ist und im Betrieb einen konstanten Druck am Ausgang der Pumpvorrichtung aufrechterhält, und wobei eine Strömungsdrosscleinrieritung in die Brennsteffrückfuhrleiliing aufgenommen ist.

Bei einer Änderung der Temperatur des Erhitzers bzw. des Arbeiismcdiums sorgt das temperaturempfind- so liehe Element nun dafür, daß sich sowohl die Drehzahl der Br^nnstoffpuinpvorrichtung als auch die des synchron zur Pumpvorrichtung laufenden Ventilators ändert, wodurch der Brennervorrichtung mehr oder weniger Brennstoff bzw. Verbrennungsluft zugeführt μ wird. Die Erwähnten Drehzahlen können gleich sein oder in einem bestimmten konstanten Verhältnis zueinander stehen.

Bei Heißgaskolbcnmotoren ist das erwünschte Verbrennungsluft-Brennstoffverhältnis A nicht konstant, ω sondern hängt von der Belastung des Brenners in der Brennervorrichtung ab. Das erwähnte Verhältnis A nimmt bei zunehmender Belastung des Brenners ab, was bedeutet, daß bei niedrigeren Belastungen ein verhältnismäßig großer Überschuß von Verbrennungsluft M erforderlich ist und bei höheren Belastungen ein verhältnismäßig niedriger. Mit anderen Worten: Bei niedrigeren Drehzahlen vor Brennstoffnumnvorrichtung b/w. des Ventilators, wobei der Brenner nur im geringen Maße belastet wird, muß A verhältnismäßig groß «,ein, während es bei höheren Drehzahlen verhältnismäßig klein sein muß.

Ein mit zunehmender Drehzahl der Brennstoffpump vorrichtung bzw. des Ventilators abnehmendes Verbrennungsluft/Brennstoffverhältnis A ist nun beim erfindungsgemäßen I leißgaskolbenmotor mit einfachen Mitteln verwirklicht.

Das Druckregelventil in der Brennstoffzufuhrleitung, das im Betrieb einen konstanten Druck am Ausgang der Pumpvorrichtung aufrechterhält, öffnet sich beim Erreichen dieses Drucks und läßt erst dann Brennstoff zur Brenner», orriehtung durch. Da die Brennstoffpumpvorrichtung beim öffnen des Ventils mit einer bestimmten Drehzahl dreht, im folgenden Ventilöffnungsdrehzahl genannt, und da der Ventilator mit der Pumpvorrichtung gekoppelt ist, liefert de,· Ventilator der Brennervorrichtung bereits Verbrennungsluft, bevor die Brennstoffzufuhr dorthin erfolgt.

Bei Drücken am Ausgang der Purr verrichtung, die niedriger als der öffnungsdruck des Druccregeiventils sind, bzw. Drehzahlen der Pumpvorrichtung, die unterhalb der Ventüöffnungsdrehzahl liegen, strömt der gesamte durch die Pumpvorrichtung zugeführte Brennstoff übe die Brennstoffrückfuhrleitung zum Brennstoffbehälter zurück. Im Normalbetrieb, d. h. bei geöffneter Stellung des Druckregelveniils und bei einer Drehzahl der Pumpvorrichtung, die über der Ventüöffnungsdrehzahl liegt, wird ohne Rücksicht auf die dann auftretende Drehzahl bei geeignet gewähltem festem Strömungswiderstand in der Brennstoffzuführleitung ein konstanter Brennstoffstrom durch diese Leitung zum Brennstoffbehälter abgeführt. Aus diesem Grunde und weil die Kennlinien von Fördermenge über der Drehzahl der Brennstoffpump» orriehtung und des Ventilators linear sind, wird erreicht, daß di:s Verbrennungsluft-Brennstoffverhältnis A mit zunehmender Drehzahl der erwähnten Pumpvorrichtung bzw. des Ventilators abnimmt. Die linearen Kennlinien können dabei parallel zueinander verlaufen oder verschiedene Steigungen in bezug aufeinander aufweisen.

Auf diese Weise ist es möglich, den Verbrcnnungsluft- und Brennstoffstrom einander stets derart entsprechen zu lassen, daß der Überschuß von Luft in allen Betriebszuständen des Heißgaskolbenmotors genau ausreicht, um eine vollständige Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches zu garantieren.

Die Brennstoffrückfuhrleitung mit dem Strömungswiderstand braucht nicht immer gesondert vorgesehen zu sein. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heißgaskolbenmoiors ist die Brennstoffrückfuhrleitung mit der Strömungsdrosseleinricht'ir.g ein integraler Teil der Brennstoffpumpvorrichtung, wobei die Pumpvorrichtung einen zylindrischen Läufer enthält der mit sehr kleinem Spiel in einem ihn umgebenden Zylinder drehbar ist. wobei der Läufer oder Zylinder mit wenigstens einer untiefen Pumpnut versehen ist, die in einer quer zur Welle verlaufenden Ebene .iegt und die an wenigstens einer Stelle des I Imfangs durch einen Damm unterbrochen ist. dessen zylindrische Außenoberfläche mit der Zylinderfläche des Läufers oder Zylinders zusammenfällt, wobei an der einen Seite des Damms ein mit dem Brennstoffbehälter verbundener ßrennstoffzufuhrkanal in die Piimpnul mündet und sich an der anderen Sehe Jes Damms ein mit der Brennstoffzuführleitung verbundener Brcimstoffabfuhrkanal an die erwähnte

Nut anschließt, wobei die Brennstoffrückfiihrleitung mit der Strömungsdrosseleinrichtung durch die l'iimpnul gebildet wird.

Bei einer Rotation des Läufers im /ylindcr wird vom Brennstoffbehälter herrührender Brennstoff von der ^r> Stelle aus, an der sich der Ziifuhrkanal an die l'iimpnui anschließt, durch viskose Kräfte zur flachen Piinipnul mitgenommen und zu der Stelle gepumpt, wo sich der Abfuhrkanal anschließt. Von dort wird der Brennsioff zur Brennstoffzuführleitung geführt. I.ine derartige Hi Pumpvorrichtung liefert pro Zeiteinheit eine Brennstoffmenge, die direkt proportional der Drehzahl des Läufers und unabhängig von der Viskositiii ist. Letzteres ist der Fall, weil sowohl der innere Brennstoffleckstrom des Abfuhrkanals zur Pumpnut wie auch der Brennstoff- ι '· strom zum Abfuhrkanal umgekehrt proportional der Viskosität des Brennstoffs sind. Diese Pumpvorrichtung hat nur wenig schädliches Volumen und ist besonders

CiTiIaCn UiHi ZüVCTidSSig.

Das Druckregelventil dient nicht nur als Hilfsmittel. -'< > um das erwünschte Verbrennungsluft-Brcnnstoffverhältnis λ für die verschiedenen Belastungszuständc der Brennervorrichtung bzw. des Motors, wie vorstehend beschrieben, zu erhalten, sondern sorgt zugleich dafür, daß der Druck am Ausgang der Pumpvorrichtung -"> nahezu unabhängig ist von Druckschwankungcn. die in dem an die Brennervorrichiung grenzenden Teil der Brennstoffvorrichtung auftreten, so daß der diesem Leitungsteil zugeführte Brennstoff durch die erwähnten Schwankungen niehl verändert wird. Die Schwankun- >" gen können eine Folge von Druckändcrungcn in der /ersläuberluft sein, die sich in der Brennstoffzufuhrleitung bemerkbar machen.

F.s sei bemerkt, daß das Brennstoffleitungssystem ties aus der erwähnten NL-PS I 01 166 bekannten Heißgas- i"> kolbenmotor gleichfalls mit einem Druckrcgelvcntil versehen ist. Fs handelt sich hier jedoch um ein Fntlastungsventil. das sich einerseits an den Ausgang der Pumpvorrichtung anschließt und andererseits mit der Brcnnstoffrückfuhrleitung verbunden ist und das ■"> den Druck in der Brennstoffzuführleitung konstant hält, indem es mehr oder weniger Brennstoff zur Brcnnstoffrückfuhrleitung durchläßt. Im Gegensatz dazu ist das Druckregclventil bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen der Anschlußstelle der Brennstoffrück ⁴"> fahrleitung und der Brennervorrichtung in die Brennstoffzufuhrleitung selbst aufgenommen, und dieses Ventil hält den Druck am Ausgang der Pumpvorrichtung auf einem konstanten Wert, unabhängig vom Druck in dem zwischen dem Regelventil und der w Brennervorrichtun^ liegenden Teil der Brennstoffzufuhrleitung, welcher letztere Druck sich aus den bereits erwähnten Gründen ändert.

Um unter allen Umständen sicherzustellen, daß beim erfindungsgemäßen Heißgaskolbenmotor ein veränderter Brennstoffstrom unbehindert durch das Druckregelventil durchgelassen wird und daß der durchgelassene Brennstoffstrom von den in dem sich an die Brennervorrichtung anschließenden Teil der Brennstoffzufuhrleitung auftretenden Druckänderungen unabhängig ist, ist <?^η eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heißgaskolbenmotors dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil ein Gehäuse mit einer mit der Pumpvorrichtung verbundenen Brennstoffeinlaßkammer und einer davon getrennten, mit der Brennervorrichtung verbundenen Brennstoffausiaßkammer enthalt, zwischen weichen Kammern ein Ventilsitz angeordnet ist. wobei ein Ventilkörper vorhanden ist. der mit dem Ventilsitz zusammenarbeiten und dessen Durchgang vollständig oder teilweise freigeben kann, wobei der dem Regelventil zugei'uhrte Brennsioff eine vom Ventilsitz abgewandie Kraft auf den Vetililkörper ausübt, und wobei federnde Mittel vorhanden sind, die auf den Ventilkörper eine Kraft in Richtung des Sitzes ausüben und die eine kleine lederkonstante zur Schaffung einer flachen Brcnnstoffdriick■Stromkennlinie des Regelventils aufweisen, welches Regelventil ferner derart ausgeführt ist. daß die in einer vom Sitz .ibgewandten Richtung auf den Vcntilkorper ausgeübten Kräfte infolge des Brcnnsloffdriu ks in der Auslaßkammer in bezug auf die infolge des Brennstoff drucks in der Finlaßkammer darauf ausgeübten Kräfte klein sind.

Da das Druckregelvenlil eine flache Druck Strom kennlinie aufweist, tritt am Ausgang der Pumpvorrichtung bei einer Änderung des Brennstoffstroms durch Aiiuciiitifj lift Drehzahl der Pumpvorrichtung praktisch keine Druckänderung auf. Der veränderte Brennsioff strom wi-d unbehindert durchgelassen.

Daß der Brennstoff in der Auslaßkammer des Druckrcgelvcntils nur geringe Kräfte auf den Veniilkör per ausüben kann im Vergleich zu den durch den Brennstoff in der Finlaßkammer darauf ausgeübten Kräften, bietet ilen Vorteil, daß die in der Auslaßkam mer auftretenden Druckänderungen nur einen geringen Finfluß ...-.ιΓ den Druck am Ausgang der Pumpvorrichtung haben. Die Druckänderungen können beispielsweise von der Luft herrühren, die zur Zerstäubung von Brennstoff entlang dem Zerstäuber geführt w ird und die durch einen besonderen Zcrs.auberluftkompressor geliefert wird. Für jede Drehzahl der Pumpvorrichtung ist der der Brennervorrichiung gelieferte Brennstoffstrom praktisch unabhängig \on den Druckänderungen, die an der der Brenncrvon nhtung zugewandten Seite des Druckregelventils auftreten.

Die Frfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fs zeigt

Fig. I einen lleißgaskolbenmotor mit einer Brennelvorrichtung, die mit einer Luft-Brennstoffregelung versehen ist.

F i g. 2a Masscnstrom-Drchzahlkennlinien für einen Ventilator und eine Brennstoffpumpe: ferner ist dargestellt, welcher Teil des durch die Brennstoffpumpe gelieferten Brennstoffstroms zur Brennervorrichtung geht und welcher Teil abgezapft wird.

Fig. 2b das Verbrennungsluft-ßrcnnstofherhältnis z. als Funktion des zur Brennervorrichtung geführten Brennstoffstroms in bezug auf die Kurven \ on F i g. ,.a.

F i g. 3 eine Brennstoffpumpe mit einer integralen Brennstoffrückfuhrleitung mit Strömungswiderstand.

F i g. 4 eine Ausführungsform eines Druckregelventils.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Zylinder eines Heißgasmotors bezeichnet, in dem sich ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 phasenverschoben bewegen können. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind durch eine Kolbenstange 4 bzw. Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 6. während sich über dem Verdränger 3 ein Expansionsraum 7 befindet. Der Kompressionsraum 6 und der Expansionsraum 7 stehen über einen Kühler 8. einen Regenerator 9 und einen Erhitzer 10 miteinander in Verbindung. Über den Erhitzer kann einem Arbeitsmedium im Motor Wärme

zugeführt werden, welches Medium einen geschlossenen ihermodymimischen Kreislauf durchlauft. Der Erhitzer IO ist ;ius einer Anzahl von Rohren 11 aufgebaut, die sich einerseits a:i ilen Regenerator 9 und andererseits an einen Ringkanal 12 anschließen, und einer Anzahl von Rohren 13. die sich einerseits an den Ringkanal 12 und andererseits an den Expansionsraum 7 anschließen. Der Heiügasmotor ist ferner mit einer Brennt: Verrichtung 14 versehen, an die sich ein Einlaß 15 für Brennstoff, ein Einlaß 16 für Verbrennungsluft und eine sich über den Erhitzer 10 anschließende Abfuhr 17 für Verbrcnnungsgase anschließen.

Der Erhitzer 10 ist mit einem Thermoelement 18 als temperauirempfindliches Element versehen, das die Erhitzertemperatur bestimmt und dessen elektrisches Signal einem Verstärker 19 zugeführi wird. Mit Hilfe des verstärkten Ausgangssignals kann die Drehzahl einer Brennstoffpumpe 20 und eines Ventilators 21 geregelt werden. Die Pumpe 20 und der Ventilator 21 sind über eine Wciii· 22 miieitiaiidei gekupfeii. Suwuni die Pumpe als auch der Ventilator haben eine Fördermenge, die der Drehzahl direkt proportional ist. Die Pumpe 20 ist mit ihrem Eingang mil einem Brennstoffbehälter 23 verbunden, und ihr Ausgang schließt sich über eine Brennstoffzufuhrleitung 24 an den Brennstoffeinlaß 15 der Brennervorrichtung 14 an. An der Ausgangsscitc der Pumpe 20 schließt sich eine Brennstoffrückfuhrleitung 25 mit ihrem einen Ende an der Stelle 26 an die Brennstoffzufuhrleitung 24 an. und sie mündet mit ihrem anderen Ende in den Brennstoffbehälter 23. Zwischen der Anschlußstelle 26 und dem Brenn:.ioffeinlaß 15 der Brennervorrichtung 14 ist ein Druckregelventil 27 mit der Druckfeder 28 und dem Ventilkörper 28' in die Brennstoffzuführleitung 24 aufgenommen, welches Ventil im Betrieb einen konstanten Druck am Ausgang der Brennstoffpumpe 20 aufrechterhält. In die Brennstoffrückfuhrleitung 25 ist ein Strömungswiderstand 29 aufgenommen. Der Ventilator 21 ist ferner über eine Verbrennungsluftzufuhrleitung 30 mit dem Verbrennungslufteinlaß 16 der Brennervorrichtung 14 verbunden.

Die Wirkungsweise der Luft-Brennstoffregelung ist wie folgt.

Sinkt die Temperatur des Erhitzers 10. beispielsweise dadurch, daß dem Motor eine größere Leistung entzogen wird, so sorgt das temperaturempfindliche Element 18 dafür, daß die Drehzahl der Brennstoffpumpe 20 und des damit gekoppelten Ventilators 21 erhöht wird, so daß die der Brennervorrichtune pro Zeiteinheit zugeführten Verbrennungsluft- und Brennstoffmengen ansteigen, während dieses Element dann, wenn die Temperatur des Erhitzers ansteigt, dafür sorgt, daß die Drehzahl herabgesetzt wird, so daß die der Brennervornchtung pro Zeiteinheit zugeführten Verbrennungsluft- und Brennstoffmengen abnehmen.

Das Druckregelventil 28 sorgt dafür, daß erst bei einer bestimmten Drehzahl der Pumpe 20 Brennstoff zur Brennervorrichtung strömen kann, nämlich bei der Drehzahl, bei der der Druck am Ausgang der Pumpe den öffnungsdruck des Ventils 27 erreicht, welcher Öffnungsdruck durch die Kraft bestimmt wird, welche die Druckfeder 28 auf den Ventilkörper 28' ausübt. Unterhalb dieser Drehzahl, der Ventilöffnungsdrehzahl, strömt der gesamte durch die Pumpe 20 zugeführte Brennstoff über die Leitung 25 mit dem Strömungswiderstand 29 zum Brennstoffbehälter 23 zurück.

Oberhalb der Ventiiöffnungsdrehzahi. bei der das Druckregelventil 27 geöffnet ist und einen konstanten Druck an der Ausgangsseite der Pumpe 20 aufrechterhält, strömt von dem durch die Pumpe 20 zugeführter Brennstoff eine konstante Menge pro Zeiteinheit durcl die Leitung 25 zum Brennstoffbehälter 23 zurück. Dal. ', der zurückkehrende Strom dann konstant ist. wird durcl den konstanten Druck am Eingang der Leitung 25 ar der Stelle 26 und durch den konstanten Druckabfall an festen Strömungswiderstand 29 verursacht (der Druck im Behälter 23 ist konstant). Die Größe des konstanten abgezapften zurückkehrenden Stroms bei geöffneter Stellung des Druckregelventils 27 hängt von der Wah des Strömungswiderstandes 29 ab.

Sowohl die Pumpe als auch der Ventilator weisen lineare fördermenge-Drehzahlkennlinien auf. Durch

is die Linearität dieser Kennlinien und durch den konstanten, abgezapften, zurückkehrenden Strom be geöffneter Stellung des Druckregelventils 27 is erreicht, daß das Luft-Brennsloffverhältnis X für die Brennervorrichtung bei verhältnismäßig niedrigen BeIa

^(J ΛΙ11ΙΙ£ΙΠ ^IMlltll.11 LII t_ 11 M Λ i\/l I Λ I I Ol IIV 11 / glWIJll 1.11 (III υί verhältnismäßig hohen Belastungen. Dies ist seht vorteilhaft, weil bei niedrigeren Belastungen wegen dct Eigenschaften der Brennstoffbrenner ein größerer Überschuß an Luft erforderlich ist, um eine vollständige Verbrennung des Gemisches zu garantieren, als be höheren Belastungen.

Vorstehendes ist in E i g. 2 veranschaulicht. In Γ i g. 2a ist auf der Horizontalachsc die Drehzahl η aiifgetrager und auf der Vertikalachse der Massenstrom η

jo (Gramm/Sekunde). Die Kurve I bezieht sich auf der durch den Ventilator gelieferten und der Brenncrvor richtung zugcfiihrten Massenstrom von Luft, die Kurve Il bezieht sich auf den durch die Pumpe gelieferter Masscnstrom von Brennstoff, wobei von einer bestimm ten Drehzahl n„ an (die Ventiiöffnungsdrehzahi. bei dei sich das Druckregelventil öffnet) ein konstanter Stron abgezapft (Kurve III) und der Rest der Brcnncrvorrich tung zugeführt wird (Kurve IV).

Indem man für jeden Wert des der Brcnncrvorrich tung zugeführten Massenstroms von Brennstoff dii< Verhältnis des zugeführten Massenstroms Luft/Brenn stoff errechnet und dieses Verhältnis durch die Zahl teilt die angibt, wieviel Gramm Luft erforderlich ist. im I Gramm des gewählten Brennstoffs vollständig zi verbrennen (Zahl, wofür λ = I). wird die graphische Darstellung entsprechend Fig. 2b erhalten, in der da! Luft-Brennstoffverhältnis λ im Verhältnis zu dem de Brennervorrichtung zugeführten Massenstrom vor Brennstoff im ν dargestellt ist. Dem ist zu entnehmen

so daß A mit zunehmender Belastung (größeren Brenn stoffströmen) der Brennervorrichtung abnimmt, was au· den bereits erwähnten Gründen erwünscht ist.

Als Brennstoffpumpe mit linearer Fördermenge Drehzahlkennlinie kommen beispielsweise Dosierpum pen in Betracht. Fig. 3 zeigt eine Viskositäts-Dosier pumpe, wobei die Brennstcffrückfuhrleitung 25 mit den Strömungswiderstand 29 aus F i g. 1 einen integrale Teil dieser Pumpe bildet, so daß ein sehr gedrängte Aufbau des Luft-Brennstol'fregelsystems erhalten wird Mit der Bezugsziffer 41 ist ein Läufer bezeichnet, de mit einer mit der Welle des Ventilators nach Fig. koppelbaren Welle 42 versehen ist. Der Läufer ist mi zwei untiefen Pumpnuten 43 und 44 versehen. Die Tieft dieser Nuten beträgt beispielsweise 40 μπι. Ferner is

der Läufer mit einem beträchtlich tieferen Abfuhrkana 45 versehen, dessen Tiefe beispielsweise 0.5 mm betrag Die Nuten 43 und 44 sind jeweils mit einem Damm Φ bzw. 47 versehen, wobei der Läufer an der einen Sein

dieser Dämme mit einer axialen /iileilungsniK 48 b/w. 49 versehen ist, welche die beireffenden Nuten 4.3 und 44 mit den llüssigkeitszufuhrkanälen 48' und 49' verbinden. An tier anderen Seile dieser Dämme ist der Läufer mit axialen Ableitungsnuten 50 bzw. 51 versehen, welche die Nuten 43 und 44 mit dem Abfuhrkanal 45 verbinden. Dc Läufer paßt mit einem geringen Spiel von einigen μη in den Zylinder 52. der ferner mit einem sich an den Kanal 45 anschließenden Abfuhrkanal 53 und mit den sich an die Kanüle 48' und 49' anschließenden Zufuhrkanälen IiO und 61 verschen ist.

Hei einer Drehung des Läufers 41 in der durch einen Pfeil angegebenen Richtung wird die Flüssigkeit in ilen Nuten 4.3 und 44 durch viskose Kräfte in Richtung der axialen Ableitungsnuten 50 und 51 angestaut, wobei von den Kanälen 48' und 49' aus Flüssigkeit über die axialen /uleilungsnuten 48 und 49 angesaugt wird. Die flüssigkeit wird mithin durch die Nuten 4.3 und 44 von den /uk'itungsnutcn 48 und 49 aus /um Kanal 45 gepumpt und strömt von dort durch den Abfuhrkanal 5 3 weg. Vom Kanal 45 aus erfolgt ein Weglecken /u den Nuten 43 und 44, welches Lecken von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt. l^;erner hängt der Ausströmwidersiand durch die Abfuhr 53 auf dieselbe Weise wie das Lecken von der Viskositäl ab. Dies bedeutet, daß der insgesamt gelieferte flüssigkeitsstrom von der Viskosität unabhängig und direkt proportional der Drehzahl sein wird.

Die Urennstoffrückfuhrleitung mit dem Strömungswiderstand besieht hier nun aus der Pumpnut 43 b/w. 44. Dies ist wie folgt zu betrachten. Durch die Anwesenheit des Druckregelventils 27 an der Ausgangsseite der Pumpe wird dieser Ausgangsseite bei Drehzahlen oberhalb der Ventilöffnungsdreh/ahl ein konstanter Druck aufgeprägt. Demzufolge ist die von der Pumpe gelieferte Brennstoffmenge kleiner, als sie ohne das erwähnte Druckregelventil sein würde. Dies ist als ein virtuelles Weglccken von Brennstoff durch den clinch die Piimpnut gebildeten Widerstand entgegen der Pumprichtung zu betrachten. Dieses \ irtiiclle Lecken ist proportional dem an der Pumpe herrschenden Druckunterschied. Da dieser Druckunterschied konstant ist. ist mithin auch der virtuelle Leckstrom konstant.

Die Viskositäts-Dosierpumpe ist unter Beibehaltung aller Vorteile ebensogut brauchbar für gasförmige wie auch für flüssige Brennstolfe. In der dargestellten Pumpe ist jede Pumpnut nur mit einem Damm versehen. Um ein gutes Kräftegleichgewicht am Läufer zu erzielen, ist es vorteilhaft, jede Nut mit drei oder mehreren Dämmen zu versehen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.

Das Druckregelventil 27 nach Fig. 1 muß den Druck am Ausgang der Brennstoffpumpe 20 möglichst konstant halten, weil Drucksehwankungen Änderungen in der der Brennervorrichtung zugeführten. Brennstoffmenge zur Folge haben. Dies bedeutet, daß auch von der Brenncrvorricht :ng 14 herrührende Druckänderungen, ti ie sich über die Brennstoffzuführleitung 24 am Druckregelvcn'il bemerkbar machen, den Druck am Ausgang der Brennstoffpumpe 20 nicht beeinflussen dürfen. Um dies zu verwirklichen, kann ein in F i g. 4 dargestelltes Druckregelventil angewendet werden. Dieses Druckrcgelvcntil besteht aus einem Gehäuse 70 mit einer Finlaßkammer 71 und einer Auslaßkammer 72, zwischen denen ein Ventilsitz 73 angeordnet ist, dessen Durchgang durch eine Membran 74 als Ventilkörper mehr oder weniger freigegeben bzw. abgeschlossen werden kann, welche Membran am Gehäuse 70 befestigt ist. Die Auslaßkammer 72 besitzt einen an die Membran 74 grenzenden Ringkanal 72'. lerner ist eine

H Druckfeder 75 vorhanden, die auf die Membran 74 eine Kraft in Richtung des Ventilsitzes 73 ausübt und welche Druckfeder eine kleine l'ederkonstante aufweist (schlaf fe Feder). Zugleich ist eine Andrückfeder 76 vorhanden, ciieiJie Membran 74 gegen das Gehäuse 70drückt.

jo Der der F.inlaßkammer 71 zugeführte Brennstoff übt auf die Membran 74 eine Kraft aus, die diese Membran in die vom Ventilsitz 73 abgewandte Richtung verschieben möchte.

Fine kleine Änderung im Brennstoffdruck in der

2^r) Finlaßkammer hat wegen der Schlaffheit der Membran 74 '.'ine verhältnismäßig große Verschiebung der Membran und damit eine verhältnismäßig große Änderung im durchgclassenen Brennstoffstrom zur Folge. Wegen der Größe der dem Brennstoffdruck in

jo der Finlaßkammer 71 unterliegenden Oberfläche der Membran 74 im Vergleich zur Membranoberfläche, die dem Brennstoffdruck in der Auslaßkammer 72 unterliegt, hat der zuletzt erwähnte Druck keine bedeutende Funktion im Kräftespiel auf die Membran, und eine

r. Änderung im Brcnnstoffdruck in der Auslaßkammer hat praktisch keinen Finfluß auf den Druck in der F.inlaßkammer. Von der Brennervorrichtung 14 herrührende Druckänderungen haben keinen Finfluß auf den Druck am Ausgang der Brennstoffpumpe 20 und auf den der Bremsvorrichtung gelieferten Brennstoffstrom.

Wird eine im obigen beschriebene Viskjsiiiits-Dosierpumpe angewendet, um einen von Änderungen in der Viskosität unabhängigen Brennstoffstrom zu erhalten, so kann gegebenenfalls auch der Druck, den das Druckregelventil aufrechterhält, nicht konstant gehalten, sondern in Abhängigkeit von der Viskosität geändert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Bimetalldruckfeder angewendet wird, die eine sich mit der Umgebungstemperatur ändernde Kraft auf die Membran 74 nach F i g. 4 ausübt. Perfekter, jedoch kostspieliger ist die Lösung, wobei eine zweite Viskositäts-Dosierpumpe mit einer konstanten Drehzahl dreht und mit demselben Brennstoff wie dem, der der Brennervorrichtung zugeführt wird, statt der Druckfeder 75 eine Kraft auf die Membran 74 ausübt, die in Richtung des Venii.siizes 73 verläuft.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Heißgaskolbenmotor, der mit einer Brennervorrichtung mit einem Verbrennungslufteinlaß, dem ein Ventilator Verbrennungsluft zuführen kann, und mit einem Brennstoffeinlaß versehen ist, dem eine Brennstoffpumpvorrichtung, deren Ausgang sich über eine Brennstoffzufuhrleitung an den Brennstoffeinlaß anschließt, von einem Brennstoffbehälter herrührenden Brennstoff zuführen kann, wobei eine Brennstoffrückfuhrleitung vorhanden ist, die sich an der Stelle des Ausgangs der Pumpvorrichtung an die Brennstoffzufuhrleitung anschließt, und wobei ein Druckregelventil in die Brennstoffzufuhrleitung aufgenommen ist, wobei ferner ein temperaturempfindliches Element vorhanden ist, mit dem die Brennstoffzufuhr geregelt werden kann, und wobii die Verbrennungsluftzufuhr im Verhältnis zur Brennstoffzufuhr geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Eleme.·;· (18) die Drehzahl der Pumpvorrichtung (20) und des damit gekoppelten Ventilators (2!) regelt, die jeweils eine der Drehzahl direkt proportionale Fördermenge aufweisen, wobei das Druckregelventil (27) in dem zwischen der Anschlußstelle (26) der Brennstoffrückfuhrleitung (25) und dem Brennstoffeinlaß (15) liegenden Teil der Brennstoffzufuhrleitung (24) angeordnet ist und im Betrieb einen konstanten Druck am Ausgang der Pumpvorrichtung (20) aufrechterhalt, und wobei eine Strömungsdrossclcinrichtung(29) in die Brennstoff rückführung (25) aufgenommen ist (F i g. 1).

2. Heißgaskolbenmotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß (iic Bre.instoffrückfuhrleitung mit der Strömungsdrossdeinrichtung ein integraler Peil der Brennstoffpuinpvorrich..ing ist, wobei die Pumpvorrichtung (20) einen zylindrischen Läufer (4!) enthält, der mit sehr kleinem Spiel in einem ihn umgebenden Zylinder (52) drehbar ist. wobei der Läufer (4t) oder Zylinder (52) mit wenigstens einer untiefen Purnpnut (43; 44) versehen ist, die in einer quer zur Welle (42) verlaufenden Ebene liegt und die an wenigstens einer Stelle des Umfangs durch einen Damm (46; 47) unterbrochen ist. dessen zylindrische Außenoberfläche mit der Zylinderfläche des Läufers (41) oder Zylinders (52) zusammenfällt, wobei an der einen Seite des Damms (46, 47) ein mit dem Brennstoffbehälter (23) verbundener Brennstoffzufuhrkanal (60,48', 48; 61,49', 49) in die Pumpnut (43; 44) mündet und sich an der anderen Seite des Damms (46; 47) ein mit der Brennstoffzuführleitung (24) verbundener Brennstoffabfuhrkanal (50, 45, 53; 51, 45, 53) an die erwähnte Nut (43; 44) anschließt, wobei die Brennstoff! ückfuhrleitiing mit der Strömungsdrosseleinrichtung durch die Pumpnut (43; 44) gebildet wird (F ig. 3).

3. Heißgaskolbenmotor nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrcgelventil (27) ein Gehäuse (70) mit einer der Pumpvorrichtung (20) verbundenen Brennstoffeinlaßkammer (71) und einer davon getrennten, mit der Brennervorrichtung (14) verbundenen Brennsioffauslaßkammer (72, 72') enthält, /wischen welchen Kammern ein Ventilsitz (73) angeordnet ist, wobei ein Ventilkörper (74) vorhanden ist, der mit dem Ventilsitz (73) zusammenarbeiten und dessen Durchgang vollständig oder teilweise freigeben kann, wobei der dem Kegelventil (27) zugeführte Brennstoff eine vom Ventilsitz (73)

abgewandte Kraft auf den Ventilkörper (74) ausübt, und wobei federnde Mittel (75, 76) vorhanden sind, die auf den Ventilkörper (74) eine Kraft in Richtung des Sitzes (73) ausüben und die eine kleine Federkonstante zur Schaffung einer flachen Brennstoffdruck-Siromkennlinie des Regelventils (27) aufweisen, welches Regelventil (27) ferner derart ausgeführt ist, daß die in einer vom Sitz (73) abgewandten Richtung auf den Ventilkörper (74) ausgeübten Kräfte infolge des Brennstoffdrucks in der Auslaßkammer (72, 72') in bezug auf die infolge des Brennstoffdrucks in der Einlaßkammer (71) darauf ausgeübten Kräfte klein sind (F i g. 4).