DE257772C

DE257772C -

Info

Publication number: DE257772C
Application number: DENDAT257772D
Authority: DE

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- Ja 257772 KLASSE 21 c. GRUPPE- Yes 257772 CLASS 21 c. GROUP

SOCIETE HARLE & CIE in PARIS.SOCIETE HARLE & CIE in PARIS.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. Mai 1910 ab.Patented in the German Empire on May 19, 1910.

Die Erfindung betrifft ein aus einer Dynamomaschine als Generator und einem als Antriebsmaschine dienenden Explosionsmotor bestehendes Maschinenaggregat zur Erzeugung von Strom von in gewissen Grenzen konstanter Spannung. Der Wirkungsgrad dieser Anlage ist bei schwacher und mittlerer Belastung besser als die in üblicher Weise gebauten Anlagen. Dieser gute Wirkungsgrad wird dadurch erreicht, daß man die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine entsprechend der zu- und abnehmenden Belastung, und zwar gleichsinnig mit letzterer verändert.The invention relates to a dynamo as a generator and a Drive machine serving explosion engine existing machine unit for generation of current of constant voltage within certain limits. The efficiency of this system is better at low and medium loads than the systems built in the usual way. This good efficiency is achieved by adjusting the speed of the prime mover according to the and decreasing load, changed in the same direction as the latter.

Diö bis jetzt gebauten, aus einer Dynamomaschine uud einem Explosionsmotor bestehenden Aggregate zeigen im allgemeinen bei schwacher Belastung einen schlechten Wirkungsgrad. Um nämlich die Spannung an dem Generator konstant zu halten, und das ist meistens die Aufgabe, die bei solchen Aggregaten vorliegt, ist man genötigt, bei irgendwelcher Belastung der Dynamomaschine die Geschwindigkeit auf gleicher Höhe zu halten, d. h. ohne Rücksicht auf die durch die Dynamomaschine geforderte Leistung oder, da die Spannung konstant bleibt, ohne Rücksicht auf die durch die Dynamomaschine erzeugte Stromstärke.This has been built up to now, consisting of a dynamo machine and an explosion engine Aggregates generally show a poor degree of efficiency under low loads. Namely, to keep the voltage on the generator constant, and that is mostly the task of such units is present, one is forced to keep the speed at the same level with any load on the dynamo, d. H. regardless of the power required by the dynamo or, there the voltage remains constant regardless of that generated by the dynamo Amperage.

Hierbei wirkt im allgemeinen die Steuerung des Motors in der Weise, daß der Zylindereinlaß mehr oder weniger gedrosselt wird, so daß die Füllung des Zylinders sich nach der verlangten Leistung richtet und mit ihr verändert wird. Diese Art der Regulierung führt indessen bei geringer Belastung des Motors zu erhöhtem spezifischen Brennstoffverbrauch, indem zwar die Menge des Gasgemisches bei sinkender Last für jedes Hubvolumen verkleinert wird, aber der auf die Leistungseinheit bezogene Brennstoffverbrauch nicht proportional fällt. Dazu kommt, daß bei der verringerten Gasgemischmenge der Betrag der Kompression unmittelbar vor der Entzündung beträchtlich herabgeht. Der thermodynamische Wirkungsgrad der Anlage ist deshalb bei geringeren Belastungen zweifellos schlechter. Da ferner bei dem oben angegebenen üblichen Verfahren die Geschwindigkeit des Motors konstant gehalten wird, so bleibt auch die Reibungsarbeit konstant und behält ungefähr den Wert bei, den sie bei voller Belastung hat. Hierin liegt bei verminderter Belastung eine weitere Ursache der Verminderung des Wirkungsgrades des Aggregates.Here, in general, the control of the engine acts in such a way that the cylinder intake is more or less throttled, so that the filling of the cylinder after the the required performance and is changed with it. This type of regulation leads however, when the engine is under less load, the specific fuel consumption is increased, by reducing the amount of gas mixture with decreasing load for each stroke volume but the fuel consumption related to the power unit is not proportional falls. In addition, with the reduced amount of gas mixture, the amount of Compression decreases considerably just prior to inflammation. The thermodynamic The efficiency of the system is therefore undoubtedly worse at lower loads. Furthermore, in the above conventional method, the speed of the motor is kept constant, then the work of friction also remains constant and approximately remains the value it has at full load. In the case of reduced exposure, this is another cause of the reduction the efficiency of the unit.

Um den Wirkungsgrad solcher Aggregate bei schwächerer Belastung zu erhöhen, hat man öfters zu dem Mittel gegriffen, den Motor mit einem sehr schweren Schwungrad zu versehen und eine Aussetzregulierung anzuwenden, so daß das Einlaßventil während einer gewissen Anzahl von Umdrehungen völlig geöffnet und während der anderen bleibenden Umdrehungen völlig geschlossen gehalten wird, währenddessen der Motor infolge des durch das Schwungrad ausgeübten Schwungmomentes weiter läuft. Bei dieser Aussetzerregulierung läßt der thermodynamische Wirkungsgrad allerdings nichts zu wünschen übrig, da dasIn order to increase the efficiency of such units with less load, has one often resorted to the means of equipping the engine with a very heavy flywheel and to apply a skip regulation so that the intake valve is fully open for a certain number of revolutions and while the other remaining turns are kept completely closed, meanwhile the engine as a result of the moment of inertia exerted by the flywheel continues running. With this misfire regulation, the thermodynamic efficiency however nothing to be desired, since that

Gasgemisch für jedes Hubvolumen konstant bleibt.Gas mixture remains constant for each stroke volume.

Um jedoch hierbei die Spannung auf einer verhältnismäßig konstanten Höhe zu halten, muß man das Schwungrad sehr schwer nehmen, damit die Umdrehungszahl zwischen zwei Zündungen nicht zu sehr schwankt, was ■ naturgemäß bei denjenigen Anlagen nicht zulässig ist, bei denen auf ein möglichst geringesHowever, in order to keep the tension at a relatively constant level, you have to take the flywheel very heavily so that the number of revolutions does not fluctuate too much between two ignitions, what ■ is of course not permitted in those systems where the lowest possible

ίο Gewicht gesehen werden muß. Außerdem bleibt auch bei dieser Art von Regulierung die Reibung bei jeder Beanspruchung gleich oder wächst sogar bei zunehmendem Schwungradgewicht. ίο weight must be seen. It also sticks to this type of regulation the friction is the same for every load or even increases with increasing flywheel weight.

Nach der Erfindung wird der Wirkungsgrad des Aggregates bei geringer Belastung gegenüber den eingangs geschilderten Verfahren erhöht. Dieses wird dadurch erreicht, daß der Explosionsmotor mit einer Dynamomaschine gekuppelt ist, von welcher eine kleinere Stromstärke bei gleicher Spannung mit einer geringen Geschwindigkeit und eine größere Stromstärke bei konstanter Spannung mit einer größeren Geschwindigkeit geliefert wird, die also bei jeder Geschwindigkeit die Spannung konstant hält, und die einen Strom erzeugt, dessen Stärke sich im gleichen Sinne wie die Geschwindigkeit ändert.According to the invention, the efficiency of the unit is compared with a low load the method outlined above increased. This is achieved in that the Explosion engine is coupled with a dynamo machine, of which a smaller amperage at the same voltage with a low speed and a greater amperage at constant voltage is delivered at a greater speed, that is to say at any speed the voltage keeps constant, and which generates a current, its Strength changes in the same way as speed changes.

Der von der Spannung, und der Stromstärke der Dynamo beeinflußte Regulator des Explosionsmotors steuert hierbei die Füllung in der Weise, daß zwar der Motor in jedem Augenblick die der zugeführten Brennstoffmenge entsprechende Arbeit leistet, trotzdem aber die Füllung des Zylinders bei jedem Hubvolumen annähernd konstant bleibt, und zwar hält sich der Betrag der Füllung etwas unter dem Maximalhubvolumen.The regulator of the explosion engine, influenced by the voltage and the amperage of the dynamo controls the filling in such a way that although the engine is the amount of fuel supplied at any given moment does a corresponding job, but still the cylinder is filled with every stroke volume remains approximately constant, namely the amount of the filling is a little below the maximum stroke volume.

In Fig. ι und 2 sind zur Erläuterung zwei Diagramme dargestellt.In Fig. 1 and 2 two diagrams are shown for explanation.

Die Abszissen stellen die Stromstärke des Generators, die Ordinaten der Kurve a, die Spannung an den Bürsten und diejenigen der Kurve b die Geschwindigkeit der Dynamomaschine dar. Bei Leerlauf der Maschine hat die Bürstenspannung den Wert F und die Geschwindigkeit den Wert V₀. „ The abscissas represent the amperage of the generator, the ordinates of curve a, the voltage on the brushes and those of curve b the speed of the dynamo. When the machine is idling, the brush voltage has the value F and the speed has the value V ₀ . "

Bei einer Geschwindigkeit V₁ und bei konstanter Spannung V ergibt sich die Strornstärke a_v Eine größere Stromstärke a₃ erhält man bei größerer Geschwindigkeit v_% und derselben Spannung V-. At a speed V ₁ and at a constant voltage V, the result is the _{current intensity a v.} A greater current intensity a ₃ is obtained at a higher speed v _% and the same voltage V-.

Die Kurve c in Fig. 2 stellt die »offene Stromkreisii-Charakteristik des Generators dar.Curve c in Fig. 2 represents the open circuit characteristic of the generator.

Die Abszissen E veranschaulichen die Erregeramperewindungen des Generatorfeldes und die Ordinaten den nutzbar durch den Anker fließenden Kraftfluß. Hierbei wird zur Vereinfachung angenommen, daß die Kurve c bei jeder Stromstärke unverändert bleibt, was vollständig bei Maschinen mit Wendepolen und in der neutralen Zone liegenden Bürsten zulässig ist. Die Kurve c zeigt den bekannten Verlauf dieser Charakteristiken.The abscissas E illustrate the excitation amp windings of the generator field and the ordinates the usable force flow flowing through the armature. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the curve c remains unchanged for every current intensity, which is completely permissible in the case of machines with reversing poles and brushes lying in the neutral zone. Curve c shows the known course of these characteristics.

Ferner stellt in der Fig. 2 die Kurve d die Geschwindigkeit der Dynamomaschine in Abhängigkeit von den Erregeramperewindungen des Generatorfeldes E- dar. Die Ordinatenwerte der Kurve d ändern sich mit zunehmenden Amperewindungen wie im entgegengesetzten Sinne die Ordinaten der Kurve c. Furthermore, curve d in FIG. 2 shows the speed of the dynamo as a function of the excitation ampere turns of the generator field E- . The ordinate values of curve d change with increasing ampere turns as do the ordinates of curve c in the opposite sense.

Die Kurve f der Fig. 1 gibt die Abhängigkeit zwischen den von dem Generator gelieferten Stromstärken und den sowohl für die Aufrechterhaltung der Spannungskonstanz als auch für die erforderlichen Drehmomentsänderungen nötigen Amperewindungen der Erregung des Generatorfeldes wieder. Die Abszissen / stellen hierbei wie oben die durch die Dynamomaschine erzeugten Stromstärken und die Ordinaten E die Amperewindungen der Generatorfelderregung dar.Curve f of FIG. 1 shows the dependence between the current intensities supplied by the generator and the ampere-turns of the excitation of the generator field which are necessary both for maintaining the constant voltage and for the required changes in torque. As above, the abscissas / represent the currents generated by the dynamo and the ordinates E represent the ampere turns of the generator field excitation.

Bei der Auftragung der Kurve f ist von der Annahme ausgegangen, daß die Erregeramperewindungen für den Belastungss.tromwert gleich Null einen Kraftfluß erzeugen, der etwa der c-Ordinate bei dem Amperewinwindungswert e₀ in Fig. 2 und für die maximale Belastung I₁ bei dem kleineren Wert B₁ entspricht. Dementsprechend sind die Ordinaten der Kurve b in Fig. 1 gleich denen der Kurve d in Fig. 2 angenommen, wobei die der Abszisse O entsprechende Ordinate gleich der Ordinate in e₀ und die Ordinate . im Punkt J₁ gleich derjenigen im Punkt ^₁ ist.The plot of curve f is based on the assumption that the exciter ampere turns for the load current value equal to zero generate a power flow which is approximately the c-ordinate at the ampere winch value e ₀ in FIG. 2 and for the maximum load I ₁ at the smaller value corresponds to B _1. Accordingly, the ordinates of curve b in FIG. 1 are assumed to be the same as those of curve d in FIG. 2, the ordinate corresponding to the abscissa O being the same as the ordinate in e ₀ and the ordinate. at point J _{1 is} equal to that at point ^ ₁ .

Eine den oben erläuterten Bedingungen entsprechende Dynamomaschine mit der gewünschten Selbstregelung des Kraftflusses läßt sich z. B. dadurch erzielen, daß man auf die Feldmagnete dieser Maschine wie bei einer Kompounddynamomaschine eine zusätzliche Reihenerregerwicklung legt, deren Amperewindungen aber den entsprechend bemessenen Nebenschlußamperewindungen der Erregung entgegen wirken. Die Verhältnisse der Wicklungen werden dabei so gewählt, daß der resultierende Betrag der Erregung bei einer gewissen Belastung kleiner ist als die Erregung beim Leerlauf, da ja die Erregung bei der Belastung durch die Wirkung der Reihenwicklung vermindert wird.A dynamo machine that meets the conditions described above with the desired Self-regulation of the power flow can be z. B. achieve that on the Field magnets of this machine as in a compound dynamo machine an additional one Series excitation winding sets, but their ampere turns are dimensioned accordingly Shunt amp turns counteract the excitation. The proportions of the windings are chosen so that the resulting amount of excitation at a certain Load is smaller than the excitation when idling, since the excitation during the load is reduced by the effect of the series winding.

Das gleiche Resultat könnte selbstverständlich auch dadurch erhalten werden, daß man die Amperewindungen E nicht mittels einer entgegenwirkenden Verbundwicklung, sondern durch irgendein anderes der allgemeinen bekannten Mittel vermindert, z. B. durch selbsttätige Einschaltung eines veränderlichen Widerstandes in den Erregerstromkreis in Abhängigkeit vom Strome.The same result could of course also be obtained by reducing the ampere-turns E not by means of a counteracting compound winding but by some other of the generally known means, e.g. B. by automatically switching on a variable resistor in the excitation circuit depending on the current.

Es bleibt noch die Frage des Regulators zu behandeln, d. h. des Organes, das die ge-The question of the regulator remains to be dealt with; H. of the organ that

wünschte Gasgemischmenge einstellt und dabei außerdem die obige Sicherheitsregelung bewirkt.sets the desired gas mixture quantity and also the above safety regulation causes.

Jeder elektrische Regulator bekannter Art, der sich zur Regelung der Füllung mittels Steuerung des Einlaßventiles in Abhängigkeit von der Belastung einer Dynamomaschine bei konstanter Spannung eignet, ist bei einer Anlage der beschriebenen Art anwendbar, erAny electrical regulator of known type that is used to regulate the filling by means of Control of the inlet valve as a function of the load on a dynamo machine constant voltage is suitable for a system of the type described, he

ίο muß nur entsprechend, d. h. die wirkenden Spulen und Gegenfedern, eingestellt werden.ίο must only accordingly, d. H. the acting Coils and counter springs.

Beispielsweise kann der Regulator durch zwei Solenoide oder Elektromagnete gebildet werden, die an den beiden Enden eines um diese und einen mittleren Punkt drehbaren Doppelhebels angreifen, wobei der mittlere Punkt mit dem Steuerschieber der Explosionsmotore verbunden und mit ihm verschiebbar ist. Das eine dieser Solenoide ist an die Bürsten der Dynamomaschine angeschlossen, und sein Kern steht unter der Einwirkung einer Feder, die der elektromagnetischen Wirkung des Solenoids entgegen den Zylindereinlaß zu öffnen strebt. Das andere Solenoid liegt in Reihe im Hauptstromkreis der Dynamomaschine, und sein Kern steht unter der Einwirkung einer Feder, die entgegen der elektromagnetischen Wirkung des Solenoids den Zylindereinlaß zu schließen sucht.For example, the regulator can be formed by two solenoids or electromagnets be that at the two ends of a rotatable about this and a central point Attack double lever, the middle point with the control slide of the explosion motors is connected and can be moved with it. The one of those solenoids is to the Brushes connected to the dynamo, and its core is under the action a spring that counteracts the electromagnetic action of the solenoid against the cylinder inlet strives to open. The other solenoid is in series in the main circuit of the dynamo, and its core is under the action of a spring which opposes the electromagnetic action of the solenoid seeks to close the cylinder inlet.

Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dar. Hierin ist α der Motor, b die Dynamomaschine mit konstanter Spannung für verschiedene Geschwindigkeiten und Belastungen, c das im Nebenschluß liegende Solenoid des Reglers, d sein Kern, β seine Feder, f das in Reihe liegende Solenoid des Reglers, g sein Kern, h seine Feder, i der mit den Kernen d und g verbundene Doppelhebel,· j der Einlaßschieber, der mit dem Hebei i verbunden ist, und k ein Einlaßschlitz dieses Schiebers.Fig. 3 schematically illustrates an embodiment of the invention. Herein, α is the motor, b the dynamo with constant voltage for various speeds and loads, c the shunted solenoid of the regulator, d its core, β its spring, f the in series lying solenoid of the regulator, g its core, h its spring, i the double lever connected to the cores d and g , j the inlet slide connected to the lever i , and k an inlet slot of this slide.

Das Nebenschlußsolenoid c, welches auf Spannung anspricht, ist so berechnet, daß bei normaler Spannung seine elektrische Anziehung der Spannung der Feder β entspricht, und daß bei jeder Veränderung der Spannung der Kern um einen ziemlich hohen Betrag verschoben wird. Das in Reihe geschaltete Solenoid f ist so berechnet, daß sein Kern zwischen seinen zwei nicht gezeichneten Anschlägen eine Zwischenlage einnehmen kann. Sinkt bei einem solchen Regulator die Spannung plötzlich und stark an den Dynamobürsten, so verändert sich sofort die auf das im Nebenschluß gelegte Solenoid c ausgeübte Anziehung, und die Feder e öffnet den Zylindereinlaß, der Kolben kann mehr Gasgemisch pro Hubvolumen ansaugen, und entsprechend wächst die Geschwindigkeit des Motors. Hat die Spannung an den Bürsten wieder ihren normalen Wert erreicht, so vergrößert sich die Anziehungskraft des Solenoids c und führt den Einlaßschieber in die normale Anfangslage zurück.The voltage-responsive bypass solenoid c is calculated so that at normal voltage its electrical attraction corresponds to the voltage of the spring β , and that each time the voltage changes, the core is displaced by a fairly large amount. The series-connected solenoid f is calculated so that its core can take an intermediate position between its two stops, not shown. If the voltage on the dynamo brushes drops suddenly and sharply in such a regulator, the attraction exerted on the shunted solenoid c changes immediately, and the spring e opens the cylinder inlet, the piston can suck in more gas mixture per stroke volume, and this increases accordingly Speed of the motor. When the voltage on the brushes has reached its normal value again, the force of attraction of the solenoid c increases and returns the inlet slide to its normal starting position.

Steigt .die Belastung plötzlich und stark, so wächst auch der Strom sowie die durch das in Reihe geschaltete Solenoid f ausgeübte Anziehungskraft augenblicklich. Sein Kern verändert seine Lage um einen gewissen Betrag, spannt dabei die Feder h und bringt den Hebel i in eine andere Lage. Hierdurch wird der Einlaßschieber, beispielsweise wie in der Fig. 4 dargestellt ist, in eine andere Lage gebracht, so daß der Einlaß j sich entsprechend der vermehrten Belastung erweitert.If the load increases suddenly and strongly, the current and the attractive force exerted by the series-connected solenoid f also increase instantaneously. Its core changes its position by a certain amount, thereby tensioning the spring h and bringing the lever i into a different position. As a result, the inlet slide is brought into a different position, for example as shown in FIG. 4, so that the inlet j expands in accordance with the increased load.

Bei Abnahme der Belastung vollziehen sich die Vorgänge umgekehrt.When the load decreases, the processes are reversed.

Die eine Gleichgewichtslage des Aggregates wird bei jedem RegelungsVorgang erst nach einigen Hin- und Herschwingungen von abnehmender Schwingungsweite der Regler durch die etwas langsamer wirkende Eigenregelung des Aggregates erzielt.The one equilibrium position of the unit is only after each control process some back and forth oscillations of decreasing oscillation amplitude of the controller the somewhat slower acting self-regulation of the unit is achieved.

Um ferner zu verhindern, daß bei plötzlicher starker Verminderung der Belastung die Spannung plötzlich auf einen Wert steigt, der zur Zerstörung der Dynamomaschine führen könnte, empfiehlt es sich, einen Ersatzbelastungswiderstand anzuordnen, der selbsttätig, z.B. mittels eines Spannungsrelais, an die Dynamobürsten geschaltet wird, wenn die Belastung sehr stark und plötzlich vermindert wird oder ganz aufhört.In order also to prevent the sudden, strong reduction in the load The voltage suddenly rises to a level that will destroy the dynamo could, it is advisable to arrange an equivalent load resistor, which automatically, e.g. by means of a voltage relay to which the dynamo brushes are switched when the load decreases very sharply and suddenly or stops completely.

Zu beachten ist für die Erfindung ferner, daß man in Rücksicht auf die Sicherung des Betriebes bei solchen Aggregaten mit der Belastung unter dem Höchstwert bleiben muß und die Füllung deshalb konstant, aber etwas kleiner gehalten sein muß, als dem maximalen Hubvolumen des Zylinders entspricht. Würde nämlich der Motor mit der dem ganzen Hubvolumen entsprechenden Füllung (und der dieser Füllung entsprechenden Geschwindigkeit) arbeiten, so könnte bei einer vorübergehenden Überlastung das Hubvolumen durch einen vorgesehenen Regulator nicht mehr vergrößert werden und das Aggregat gegebenenfalls außer Tritt fallen. Die Geschwindigkeit des Motors könnte also nicht entsprechend der neuen Belastung gesteigert werden. Es muß also an der oberen Arbeitsgrenze eine gewisse Sicherheit geschaffen werden. Hält man aber normal die Füllung des Zylinders unter dem dem Maximalhubvolumen entsprechenden Betrag, so wird dadurch zwar der Wirkungsgrad etwas herabgesetzt, aber obige Sicherheit geschaffen, und dieser Verlust wird reichlich durch den Gewinn aufgehoben, den man durch die bei verringerter Geschwindigkeit des Motors bei verminderter Belastung erreichte Wirkungsgradverbesserung erhält. Der normale Betrieb der Anlage liegt ja beiIt should also be noted for the invention that in consideration of the backup of the Operation with such units with the load must remain below the maximum value and the filling must therefore be kept constant, but somewhat smaller than the maximum Corresponds to the displacement of the cylinder. That would be the engine with the full displacement corresponding filling (and the speed corresponding to this filling) could work in the case of a temporary Overload the stroke volume can no longer be increased by a provided regulator and the unit fall out of step if necessary. So the speed of the motor couldn't be increased according to the new load. So a certain security must be created at the upper working limit. If, however, the filling of the cylinder is normally kept below the amount corresponding to the maximum stroke volume, then this will indeed the efficiency is somewhat reduced, but the above security is created, and this loss is abundantly offset by the profit one gets from the reduced speed of the motor with reduced load obtained. The normal operation of the system is included

dem oben angegebenen Grenzwert und unter diesem.the limit given above and below this.

Claims

Patent claims:

i. Machine aggregate consisting of dynamo and explosion motor, thereby characterized in that the generator coupled to the explosion engine has such an automatic self-regulation is provided that with decreasing power (armature current) the generator field as a function is amplified by the current so that the torque on the dynamo machine shaft increases and thus the speed of the explosion engine decreases with decreasing power and voltage constancy At the generator there is and at the same time a regulator for the which is influenced by the electrical variables of the generator Kraftmittelzuflußorgan the explosion engine on almost constant, slightly below the maximum value of the inflow of the fuel regulates the efficiency of the unit at lower loads cheap to design.

2. Machine assembly consisting of dynamo machine and explosion motor according to Claim 1, characterized in that the electrical controller for the Kraftmittelzuflußorgan consists of two solenoids influenced by tension and current under counter-spring action, which are at the ends attack a lever rotatable about these ends and about a central point, the central lever point with the Kraftmittelzuflußorgan is connected.

1 sheet of drawings.