DE2304767C2 - Gasmaschine mit einem Gasregelventil und einem Gaseinlaßventil pro Zylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einer derartigen aus der DE-OS 20 20 265 bekannten Gasmaschine liegt das GasregelventiJ im Strömungsweg des Gases vor dem GaseinlaßventiL Bei dieser Gasmavcinne wird die Gaszufuhr der Belastung bzw. Leistung dadurch angepaßt, daß das Gasregelventil den Gasdruck in dem Leitungsstück, das zu dem Gaseinlaßventil fahrt, auf einen Wert einstellt, der bewirkt, daß bei geöffnetem Gaseinlaßventil eine der jeweils benötigten Maschinenleistung entsprechende Gasmenge in den Luft- und/odßt Gemischeinlaßweg des betreffenden Zylinders strömt Ändert sich die Belastung, so muß der Druck in dem Leitungsstück zwischen den beiden Ventilen dem neuen Zustand angepaßt werden, d. h. noch nach einer Veränderung der Stellung des Oasregelventtls durch den Drehzahlregler der Maschine muß d7r Inha.' des Leitungsstückes entweder teilweise aufgefü'lt oder entleert werden, wozu mindestens ein Arbeitshub des betreffenden Zylinders notwendig ist. bei dem der Gasdruck in dem Leitungsstück und die Belastung bzw. Leistung einander nicht entsprechen. Die überschüssige oder fehlende Leistung muß von dem Schwungrad der Maschine aufgenommen oder aufgebracht werden. Aus diesem Grund muß das Schwungrad der bekannten Gasmaschinen größer und schwerer sein, als das Schwungrad von vergleichbaren Dieselmotoren, bei denen nach einei Änderung der Lage der Einspritzpumpenregelstange durch den Drehzahlregler schon bei dem nächsten Arbeitshub eine geänderte Brennstoffmenge in den betreffenden Zylinder eingespritzt wird. Bei den bekannten Gasmaschinen ist demnach zum Unterschied gegenüber Dieselmotoren eine gewisse Brennstoffmenge dem Einfluß des Drehzahlreglers entzogen und die Regelung der bekannten Gasmaschinen arbeitet daher träge und neigt zum Pendeln. Dies wirkt sich besonders ungünstig beim Antrieb von Drehstromgeneratoren aus. die auf ein gemeinsames Netz arbeiten oder parallel mit einem vorhandenen starren Netz arbeiten müssen.

Aus dem Aufsatz von Klaunig und Will in »MAN-Dieselmotoren-Nachrichten« Nr. 47, Seiten 3 bis 31 ist eine mit der vorstehend erläuterten Gasmaschine grundsätzlich übereinstimmende Gasmaschine bekannt, bei der einerseits das Gaseinlaßventil früher sehließt als das Luft- und/oder Gemischeinlaßventil des betreffenden Zylinders und be> der das Gasregelventil und das Gaseinlaßventil in einer gemeinsamen Achse liegen.

Aus der AT-PS 2 95 243 ist eine Gasmaschine mit innerer Gemischbildung und Haupt- und Nebenbrenn· räumen bekannt, bei der von einer gemeinsamen Gassammelleitung für alle Zylinder zu jedem Zylinder jeweils ein Kanal abzweigt, in dem eine vom Drehzahlregler verstellbare Drossel angeordnet ist und an derem Ende vor dem Zylinder ein Zylindereinlaßventil vorgesehen ist, das von der Nockenwelle im Hubtakt der Maschine betätigt wird. Am Anfang der für alle Zylinder gemeinsamen Sammelleitung ist ein Druckreduzierventil vorgesehen, dessen Öffnungslage ebenfalls vom Drehzahlregler angesteuert wird. Das Volumen ίο jedes Kanals, der die Drossel mit dem entsprechenden Zylindereinlaßventi! verbindet, ist so bemessen, daß die Gasmenge, die in dem Kanal bei einem Druck enthalten ist, der dem Druck in der Sammelleitung gleich ist, die Gasmenge, welche den Zylinder bei einem Zyklus und minimaler Leerlaufdrehzahl zugeführt wird, nicht übersteigt Bei einer Laständerung ist also auch bei dieser Maschine mindestens ein Arbeitshub des betreffenden Zylinders gegeben, bei dem der Gasdruck in dem Kanal einerseits und die geänderte Last einander nicht entsprechen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasmaschine der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß dem Luft- und/oder Gemischeinlaßweg des betreffenden Zylinders schon bei dem unmittelbar auf eine Laständerung folgenden Einlaßhub eine der geänderten Belastung bzw. Leistung entsprechende Gasmenge zugeführt wird, nachdem das Gasregelventil von dem Drehzahlregler in eine neue i-age gebracht worden ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht daß die Gasmenge, die durch das geöffnete Gaseinlaßventil in den Luft- und/oder Gemischeinlaßweg strömt, während des Einlaßhubes von dem betreffenden Zylinder möglichst vollständig aufgenommen wird und daß jeder Gaseinströmvorgang von dem gleichen Anfangszustand in dem Luft- und/oder « Gemischeinlaßweg ausgeht, d. li. nur noch von der jeweiligen Öffnungslage des Gasrege!/entils abhängig ist Die in den Zylinder der Maschine gelangende Gasmenge folgt unter diesen Umständen verzögerungsfrei der Öffnungslage des Gasregelventils, so daß durch die Erfindung die gleichen für die Regelung günstigen Verhältnisse wie beim Dieselmotor hergestellt werden. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt Es zeigt

F i g. 1 scherr.atisch einen Zylinder einer Viertakt-Gasmaschine nach der Erfindung sowie die für alle Zylinder dieser Maschine gemeinsamen Sammelleitungen und Regler.

F i g. 2 in schematischer Form die Erhebungskurven von Gaseinlaßventil sowie Ein- und Auslaßventilen über dem Kurbelwinkel.

F i g. 3 das Gasregelventil in Vollaststellung und das Gaseinlaßventil in geöffneter Stellung, und

F i g. 4 das Gasregelventil in Leerlaufstellung und das Gaseinlaßventil in geschlossener Stellung. Von der Viertaktgasmaschine des Ausführungsbei Spieles ist nur das Oberteil des Zylinders I dargestellt, der oben durch den Zylinderkopf 2 abgeschlossen ist und in dem der Kolben 3 hin- und hergeht. Der Zylinderkopf 2 enthält ein Einlaßventil 4 und ein Auslaßventil 5, die in üblicher Weise von der nicht dargestellten Nockenwelle der Maschine im Hubtakt geöffnet und geschlossen werden. Zu dem Einlaßventil 4 führt der Abzweigstutzen 6, der die Luftsammelleitung 7

mit dem Einlaßkanal 8 verbindet und der im vorliegenden Fall den Luft- und/oder Gemiseheinlaßweg darstellt In den Abzweigstutzen ist das Gasregelventil 9 eingebaut, das durch den Drehzahlregler 10 entsprechend der Belastung bzw. Leistung in seiner Höhenlage verstellt wird, so daß es zusammen mit der Regelhülse 11 die richtige Größe des Gaszuflußquer schnittes 12 bestimmt. F i g. 3 zeigt das Gasregelveniti 9 in der Vollaststellung, in welcher der Querschnitt 12 am größten ist, während F i g. 4 die Leerlaufstellung zeigt in welcher der Querschnitt 12 am kleinsten ;st Das Gasrege'ventil 9 liegt im Strömungsweg des Gases hinte; üciu Gaseinlaßventil 13, das durch die nicht dargesiellte Nockenwelle der Maschine im Hubtakt geöffnet und geschlossen wird. In Fig.3 ist das Gaseinlaßventil 13 von aem Ventilsitz 14 abgehoben, d.h. geöffnet dargestellt, so daß Gas aus der Zuflußleitung 15 in den Raum If/ zwischen Gaseinlaßventil 13 und Gasregelventil 9 strömen und von dort durch den Querschnitt 12 in den Luft- und/oder Gemischeinlaßweg 6 gelangen kann. In F i g. 3 ist der Weg des während des Einlaßhubes fließenden Luftstrorr.es durch den Pfeil A veranschaulicht, während der Doppelpfeil Bden Weg des Gases und die Mischung mit dem Strom A zeigt. Auf dem Weg durch den Einlaßkanal 8 werden Gas und Luft durch die dort vorherrschende wirbelnde Strömung vollständig miteintnder vermischt, so daß ein für eine gute Verbrennung ausreichend homogenes Gemisch in den Zylinder 1 gelangt Der Gasdruckregler 17 wird über die Impulsleitung 18 von dem in der Luftsammelleitung 7 herrschenden Luftdruck derart beeinflußt, daß er in der Gaszuflußleitung 15 einen Gasdruck einstellt, der um einen bestimmten Betrag über dem Druck stromabwärts des Querschnittes 12 liegt Befindet sich abweichend von dem dargestellten Beispiel eine Luftregelklappe in dem Abzweigstuzten 6, so kann durch geeignete Wahl der Anschlußstelle der Impulsleitung 18 dafür gesorgt werden, daß der stromabwärts des Querschnittes 12 herrschende Druck den Gasdruckregler 17 steuert. Der Druck in der Gaszuflußleitung 15 ist bestimmend ΓJr den Druck im Raum 16, was bedeutet, daß das an dem Querschnitt 12 herrschende Druckgefälle zwischen den Räumen 16 und 6 konstant gehalten wird, so daß die dem Zylinder 1 pro Einlaßhub zugeführte Gasmenge bei einer bestimmten Maschinendrehzahl nur nach von ua Graf'·, aes Querschnittes 12, d. h. von der Stellung des Gasregelventils 9 abhängt. Da, wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, das Einlaßventil 4 später schließt als das Gaseinlaßventil 13, kam die im Raum 16 nach dem Schließen des Gaseinlaßveiuiis 13 befindliche Gasmenge von dem dann noch andauernden

ίο Luft- bzw. Gemischstrom A weggeführt und in den Zylinder 1 gebracht werden. Selbst wenn die Zeitspanne zwischen dem Schließen der Ventile 4 und 13 hierzu nicht ganz ausreichen sollte, kann das im Raum 16 befindliche Gas auf jeden Fall bis zum nächsten Einlaßhub des Zylinders 1 in den Luft- und/oder Gemischeinlaßweg 6 abfließen, bis ein Druckausgleich zwischen den Räumen 6 und 16 eingetreten ist Der folgende, von dem Gaseinlaßventil 13 gesteuerte Gaseinlaßvorgang geht daher immer von dem gleichen Anfangszustand im Raum 6 bzw. 16 aus, ganz gleich welche Stellung das Gasregelventil 9 bei dem vorhergehenden Gaseinlaßhub geha* . hat Das hat zur Folge, daß die nach einer Belastungs- fczv. Leistungsänderung und der dadurch ausgelösten Lageänderung des Gasregelventils 9 in den Zylinder 1 gelangende Gasmenge verzögerungsfrei dem neuen Zustand folgt Die eint-etenden Verzögerungen zwischen einer Belastungsänderung und dem Reagieren der Maschine sind dann, wie bei einem Dieselmotor, nur noch von dem dynamischen Drehzahlverhalten der Maschine und der Trägheit des Drehzahlreglers 10 abhängig. Das heißt, die bisher zwischen Dieselmotoren und Gasmotoren bestehenden Unterschiede im Regelverhalten sind beseitigt, was große praktische Vorteile hat. Die beschriebene Anordnung des Gasregelventils hinter dem Gaseinlaßventil läßt sich sowohl bei Diesel-Gasmaschinen, d. h. bei Maschinen, bei denen das Gas-Luftgemisch durch Zündöleinspritzung gezündet wird, als auch bei Otto-Gasmaschinen, bei denen das Gemisch durch

■•ο einen elektrischen Funken entzündet wird, mit Vorteil verwenden. Beide Maschinenarten können dabei sowohl aufgeladen als auch unaufgeladen sein, sowie mit oder jhne Luftmengenregelung arbeiten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gasmaschine mit äußerer Gemischbildung mit einem Gasregelventil pro Zylinder und einem im Hubtakt der Maschine gesteuerten Gaseinlaßventil pro Zylinder, das im geöffneten Zustand eine Verbindung zwischen einer Gaszuflußleitung und dem Luft- und/oder Gemischeinlaßweg des betreffenden Zylinders herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasregelventil (9) im Strömungsweg des Gases unmittelbar hinter dem Gaseinlaßventil (13) angebracht ist.