DE2306337A1 - Regelvorrichtung fuer den anlassvorgang einer gasmaschine - Google Patents

Description

T2-Lin/L 26.1.1973

MOTOKEM-WERKE MANNHEIM AG, vorm. B E N Z Abt. stat. Motorenbau, 6800 Mannheim 1, Carl-Benz-Strasse 5

Regelvorrichtung für den Anlaßvorgang einer Gasmaschine.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für den Anlaßvorgang einer Gasmaschine, die mit je einem im Hubtakt der Maschine gesteuerten Gaseinlaßventil an jedem Mas chin enzy linderund mit mindestens einem von dem Drehzahlregler der Maschine gesteuerten Gasregelventil versehen ist.

Bei derartigen Gasmaschinen wird die an den Gaseinlaßventilen herrschende Druckdifferenz d.h. der Unterschied zwischen dem Gas= druck vor dem Gaseinlaßventil und dem Luft- oder Gemischdruck hinter dem Gaseinlaßventil durch einen Gasdruckregler auf einen festen Wert eingestellt. Unter diesen Umständen ist die pro Hub des Gaseinlaßventiles einem Maschinenzylinder zugeführte Gasmenge nur noch von dem Öffnungsgrad des Gasregelventil es und von der Maschinendrehzahl abhängig. Bei niedriger Drehzahl ist die Off= nungszeitdauer des Gaseinlaßventiles länger als bei hoher Drehzahl. Demzufolge strömt bei niedriger Drehzahl mehr Gas pro Einlaßhub in die Maschinenzylinder als bei hoher Drehzahl, gleicher Öffnungs« grad des Gasregelventiles vorausgesetzt. Die pro Einlaßhub in die Zylinder gelangende Luftmenge ändert sich dagegen bei weitem nicht so stark mit der Drehzahl als die Gasmenge, da sie im wesentlichen nur durch das unveränderliche Zylinderhubvolumen bestimmt wird. Das Gas-Luftverhältnis ändert sich demnach bei Gasmaschinen der eingangs genannten Art mit der Drehzahl. Da das für das Zündver= halten günstigste Gas-Luftverhältnis bei normaler Betriebsdrehzahl, die im allgemeinen nahe der Höchstdrehzahl liegt, vorhanden sein muß, können unter den vorgenannten Bedingungen di.e Gemischzündgren= zen bei niedriger Drehzahl, insbesondere beim Anlassen, nicht mehr eingehalten werden. Das bedeutet, daß insbesondere Gasmaschinen mit Funkenzündung beim Betrieb mit überwiegend methanhaltigen

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Gasen mit relativ engen Zündgrenzen, wie Erdgas oder Klärgas, nicht sicher anspringen, wenn keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden das richtige Gas-Luftverhältnis auch beim Anlassen sicherzustellen. Man hat dies bisher durch entsprechende Herabsetzung des Gasdruckes vor dem Gaseinlaßventil während des Anlaßvorganges durch Beeinflus= sung des Gasdruckreglers zu verwirklichen gesucht. Dieses Verfahren benötigt jedoch Einrichtungen mit relativ hohem baulichem Aufwand, wie sie z.B. in der OS 2 020 265 beschrieben sind» Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, für eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art eine baulich einfache Lösung des Prob= lems der Einstellung des richtigen Gas-Luftverhältnisses bei niedri= ger Drehzahl, insbesondere beim Anlassen^ zu schaffen. _j

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das oder die Gasregelventile, gesteuert durch den Anlaßimpuls, unter zwangswei= ser Aufhebung der Steuerungsverbindung zwischen Drehzahlregler und Gasregelventil(en) auf einen Öffnungsbetrag.weit unter dem Vollast= wert, vorzugsweise auf den Leerlaufwert, eingestellt werden und daß diese Einstellung mit Verzögerung selbsttätig wieder aufgehoben wird,damit das oder die Gasregelventile nach Erreichen der Betriebs= drehzahl der Maschine dem Einfluß des Drehzahlreglers unterliegen.

Vorteilhaft ist die Zeit, während der die Anlaßstellung des oder der Gasregelventile aufgehoben ist, einstellbar, damrt sie auf das Hochlaufverhalten der betreffenden Maschine abgestimmt werden kann.

Vorteilhaft, d.h. auf baulich einfache Weise, geschieht die Betäti= gung der Regelvorrichtung, vorzugsweise bei Gasmaschinen die mittelf Druckluft angelassen werden, dadurch, daß das oder die Gasregelven= tile durch die Anlaßluft oder die Anlaßsteuerluft auf pneumati= schem Wege in die Anlaßeinstellung gebracht werden. Unter Anlaß= steuerluft ist in diesem Zusammenhang Druckluft von verhältnismä=. ßig niedrigem Druck (5-8 atü) zu verstehen, die das Hauptanlaß= ventil für die den Zylindern zugeführte Luft hohen Druckes (35 atü) betätigt.

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Ein einfacher Aufbau der Regelvorrichtung ergibt sich vorteilhaft ferner dadurch, daß die Verzögerung, mit der die Anlaßeinstellung des oder der Gasregelventile aufgehoben wird, durch gedrosseltes Ausströmen der Anlaßluft oder der Anlaßsteuerluft aus dem abgesperr= ten Betätigungszylinder für die Anlaßeinstellimg des oder der Gas= regelventile bewirkt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematiseher Darstellung veranschaulicht.

Von der Viertaktgasinaschine des Ausführungebeispieles ist nur· das Oberteil des Zylinders 1 dargestellt, der oben durch den Zylinder= kopf 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 V/eise von der nicht dargestellten Nockenwelle der Maschine im Hubtakt geöffnet und geschlossen werden. Zu dem Einlaßventil 4 führt der Abzweigstutzen 6, der die Luftsammeilei= tung 7 mit dem Einlaßkanal 8 verbindet. In den Abzweigstutzen 6 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 rieh= tige Größe des GasZuflußquerschnittes 12 bestimmt. Der Querschnitt 12 ist am größten, wenn das Gasregelventil 9 die gezeichnete Voll= laststellung einnimmt. In der Leerlaufstellung ist das Gasregel= ventil 9 soweit angehoben, daß sich sein größter Durchmesser in der Gegend des oberen Randes der Regelhülse 11 befindet, d.h. der Querschnitt 12 ist in dieser Stellung am kleinsten. Das Gasregel= ventil 9 liegt im Strömungsweg des Gases hinter dem Gaseinlaßven= til 13, das durch die nicht dargestellte Nockenwelle der Maschine im Hubtakt geöffnet und geschlossen wird. Bei geöffnetem d.h. von dem Ventilsitz 14 abgehobenen Gaseinlaßventil 13 kann Gas aus der Zuflußleitung 15 in den Raum 16 zwischen Gasregelventil 9 und Gas= einlaßventil 13 strömen und von dort durch den Querschnitt 12 in den Abzweigstutzen 6 gelangen. Auf dem Weg durch den Einlaßkanal 8 werden Gas und Luft vollständig miteinander vermischt, so daß ein

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für eine wirksame Verbrennung ausreichend homogenes Gemisch in den Zylinder 1 gelangt. Der Gasdruckregler 17 wird über die Impuls= leitung 18 von dem in der Luftsammelleitung 7 herrschenden Luft= druck 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 Abzweig= stutzen 6, so kann durch geeignete Wahl der Anschlußstelle der Impulsleitung 18 dafür gesorgt werden, daß der stromabwärts des Querschnittes 12 herrschende Druck den Gasdruckregeier 17 steuert. Der Druck in dem Raum 15 ist bestimmend für 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 bestimm= ten Maschinendrehzahl nur von der Größe des Querschnittes 12 d.h. von der Stellung des Gasregelventiles 9 abhängt. Das Gestänge, das den Drehzahlregler 10 mit dem Gasregelventil 9 verbindet, besteht aus der Verbindungsstange 19» dem um den Pestpunkt 20 schwenkbaren zweiarmigen Hebel 21, dem Pedertopf 22 und dem Stellhebel 23- Die ausgezogen gezeichnete Lage stellt die Vollaststellung, die ge= strichelt gezeichnete Lage die Leerlaufstellung dar. Der Federtopf 22 dient dazu das Abstellen der Maschine dadurch zu erleichtern, daß der Stellhebel 23 beim Abstellen nicht in die gestrichelte Lage gebracht werden muß, wofür, insbesondere bei Drehzahlreglern mit hydraulischer Hilfskraft, sehr große Kräfte erforderlich wären. Stattdessen braucht lediglich die relativ schwache Feder 24 beim Abstellen zusammengedrückt zu werden. Der Federtopf 22 ist demnach ein normaler Bestandteil des Brennstoffregelgestänges und wird bei der vorliegenden Regelvorrichtung lediglich zu einem weiteren Zweck mitbenutzt. Die eigentliche Anlaß-Regelvorrichtung besteht; demnach im Falle einer mittels Druckluft angelassenen Gasmaschine nur aus dem pneumatischen Betätigungszylinder 25 und dem Drossel-Rückschlagventil 26. Beim Anlassen wird auf nicht dargestellte be= kannte Weise z.B. dem Zylinder 1 Anlaßluft zugeführt, wobei die Stelle 27 Anlaßluft oder Anlaßsteuerluft erhält, die den Ventil=

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kegel 28 gegen die Kraft der Feder 29 von seinem Sitz abhebt und den Kolben 30 beaufschlagt, der mit Hilfe der Kolbenstange 31 ge= gen die Kraft der Feder 32 den Hebel 33 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, so daß der mit dem Hebel 33 fest verbundene zweiarmige Hebel 21 in die gestrichelt gezeichnete Leerlaufstellung gelangt, .wobei die Feder 24 zusammengedrückt wird. Dadurch wird das Gasre= gelventil 9 aus der dargestellten Vollaststellung in die Leerlauf= stellung angehoben, so daß während der ersten Sekunden des Anlaß= Vorganges, wenn die Drehzahl der Maschine nur einen Bruchteil der der Betriebsdrehzahl ausmacht, ein zur sicheren Zündung geeignetes Gas-Luf tgemisch in die Zylinder der Maschine gelangt. Die Anlaß* luftzufuhr hört nach· wenigen Sekunden auf und die Stelle 27 wird daraufhin wieder mit der Außenluft verbunden. Nun versucht die Feder 32 den Kolben 30 wieder nach rechts zu verschieben und die Luft aus dem Zylinder 25 über das Drosselrückschlagventil 26 ins Freie zu verdrängen. Das wird durch den durch die Feder 29 auf seinen Sitz zurückgebrachten Ventilkegel 28 verhindert, so daß die Luft nur über die Drosselstelle 34- abfließen kann, deren Größe durch die Schraube 35 einstellbar ist. Das Abfließen der Luft und die Verschiebung des Kolbens 30 in seine Ausgangslage erfordert bei richtiger Einstellung der Drosselschraube 35 etwa gerade so viel Zeit, wie die Maschine zum Hochlauf auf die Betriebsdrehzahl benö= tigt, d.h. während des ganzen Hochlaufvorganges wird das Gas-Luft= verhältnis laufend der Drehzahl angepaßt und damit auf einem für sichere Zündung geeigneten Wert gehalten, bis der Drehzahlregler 10 über den dann wieder als feste Verbindung wirkenden Federtopf die Lage des Gasregelventiles 9 steuern kann. Statt des Betätigungs* Zylinders 25 kann bei elektrisch angelassenen Gasmaschinen auch · ein Hubmagnet verwendet werden, wobei die verzögerte Rückkehr in die Ausgangslage beispielsweise durch einen einseitig wirkenden ölkatarakt bewirkt werden kann.

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Claims (4)

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   Patentansprüche

   (i.!Regelvorrichtung für den Anlaßvorgang einer Gasmaschine, die mit je einem im Hubtakt der Maschine gesteuerten Gaseinlaßventil an jedem Maschinenzylinder und mit mindestens einem von dem Dreh= zahlregler der Maschine gesteuerten Gasregelventil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Gasregelventile (9)_T gesteuert durch den Anlaßimpuls, unter zwangsweiser Aufhebung der Steuerungsverbindung zwischen Drehzahlregler (10) und Gas= regelventil(en) auf einen Öffnungsbetrag weit unter dem Vollast= wert, vorzugsweise auf den Leerlaufwert, eingestellt werden und daß diese Einstellung mit Verzögerung selbsttätig wieder aufge= hoben wird, damit das oder die Gasregelventile nach Erreichen der Betriebsdrehzahl der Maschine dem Einfluß des Drehzahlreglers unterliegen.
2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, während der die Anlaßstellung des· oder der Gasregelven= tile (9) aufgehoben wird, einstellbar ist.
3. 3· Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, vorzugsweise für Gas= maschinen, die mittels Druckluft angelassen werden, dadurch ge= kennzeichnet, daß das oder die Gasregelventile (9) durch die An= laßluft oder die Anlaßsteuerluft auf pneumatischem Wege in die Anlaßeinstellung gebracht werden.
4. 4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung, mit der die Anlaßeinstellung des oder der Gas= regelventile (9) wieder aufgehoben wird, durch gedrosseltes Aus= strömen der Anlaßluft oder Anlaßsteuerluft aus dem abgesperrten Betätigungszylinder (25)für Anlaßeinstelluhg des oder der Gasre= gelventile bewirkt wird.

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