DE287010C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-JVi .287010-KLASSE 14/. GRUPPE

Kraftmaschinensteuerung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. Januar 1914 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kraftmaschinensteuerungen mit einem selbsttätigen Einlaßventil, das durch den Kompressionsdruck oder auf andere Weise geöffnet und durch die mit dem Fortschreiten des Kolbens wachsende Abdrosselung, welche das Treibmittel beim Durchströmen durch das Einlaßventil erleidet, geschlossen wird. Solche Steuerungen sind beispielsweise in den Patenten

ίο 76651 und 251822 beschrieben. Die betreffenden Einlaßventile haben die Eigentümlichkeit, daß sie auf Öffnung belastet sind, d. h. daß während der Füllungsperiode eine auf Offenhaltung des Ventils wirkende überschüssige Kraft vorhanden ist, beispielsweise dadurch hervorgebracht, daß die Oberseite des Ventils ganz oder teilweise unter einem geringeren Druck steht als demjenigen des Treibmittels. Die Regelung der Maschine, kann hierbei von Hand oder durch einen Geschwindigkeitsregler erfolgen. Bei Füllungsregelung erfolgt die Veränderung der Füllung dadurch, daß der Regler entweder die auf Öffnung wirkende Kraft oder die auf Schluß wirkende Abdrosselung beeinflußt. In letzterem Falle verstellt er den Öffnungshub und damit den Öffnungsquerschnitt des Ventils. Bei Drosselregelung wirkt der Geschwindigkeitsregler in bekannter Weise auf ein in der Dampfleitung sitzendes Drosselorgan. Das selbsttätige Ventil, dessen richtiges Funktionieren an einen bestimmten Druck des Treibmittels nicht gebunden ist, arbeitet dann mit unveränderlicher oder nahezu unveränderlicher Füllung.

Bisher ist bei Anwendung der selbsttätigen Ventile, wie es auch bei den mechanisch angetriebenen Einlaßventilen allgemein üblich ist, auf jeder Zylinderseite nur ein einziges Einlaßorgan verwendet worden. Hieraus ergeben sich für ein selbsttätiges Ventil gewisse Nachteile. Wenn das Ventil durch einen in seine Führung geratenen, etwa vom Treibmittel mitgeführten Fremdkörper oder durch Ölrückstände oder durch andere zufällige Ursachen in seiner Bewegung gehemmt ist, so muß die auf Schluß des Ventils wirkende Kraft, die wie oben erwähnt durch die Abdrosselung des Treibmittels im Ventil entsteht, um eine dem Bewegungswiderstand gleiche zusätzliche Kraft vermehrt werden. Solange der Bewegungswiderstand verhältnismäßig gering ist, ist es möglich, daß die mit dem Fortschreiten des Kolbens bis zur Hubmitte anwachsende Abdrosselung noch vor der Hubmitte eine Größe erreicht, die den Bewegungswiderstand zu überwinden und das Ventil zu schließen imstande ist. Der Schluß erfolgt dann verspätet, was eine zu große Füllung ' und dementsprechend eine zu große Leistung der Maschine zur Folge hat. Nun tritt zwar der Geschwindigkeitsregler in Tätigkeit, um die Füllung auf das richtige Maß zurückzuführen, indem er beispielsweise die auf Offenhalten des Ventils wirkende Kraft vermindert oder direkt das festsitzende Ventil zu bewegen sucht. Indessen ist die Kraft, die er auszulösen oder selber auszuüben imstande ist, natürlich begrenzt. Wenn die Grenze erreicht ist, kann

immer noch die Abdrosselung in derjenigen Kolbenstellung, in welcher bei der betreffenden Belastung der Abschluß des Dampfes erfolgen sollte, auch im Verein mit der vom Geschwindigkeitsregler etwa unmittelbar ausgeübten Unterstützung zu klein sein, um den Bewegungswiderstand des Ventils zu überwinden. Der Schluß des Ventils erfolgt dann trotz des Eingreifens des Regulators verspätet,

ίο oder mit anderen Worten, die Regelung der Maschine versagt.

Es ist ferner zu beachten, daß nach Überschreitung der Hubmitte die Geschwindigkeit des Kolbens und damit die Abdrosselung des Treibmittels wieder abnimmt. Wenn also der Schluß des Ventils bis dahin nicht stattgefunden hat, tritt er frühestens gegen Hubende ein, wenn beim öffnen der Auslaßorgane der Druck im Zylinder stark abfällt, vorausgesetzt natürlich, daß der Ventilwiderstand überhaupt überwunden werden kann. Bei stärkeren Widerständen arbeitet daher die Maschine mit vollen Zylinderfüllungen, ist also wiederum nicht mehr regulierfähig.

Die nachgewiesenen Übelstände werden bei der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden oder erheblich gemildert, daß auf jeder Zylinderseite mehrere entsprechend kleinere Einlaßventile angeordnet werden. Da die Störungen, um deren Unschädlichmachung es sich handelt, von Zufälligkeiten abhängen, und es daher nicht wahrscheinlich ist, daß sie zu gleicher Zeit an mehreren Ventilen auftreten, so kann man bei einer Mehrzahl von Ventilen im allgemeinen damit rechnen, daß beim Eintritt einer Störung nur ein Ventil in seiner Bewegung gehemmt ist und zum : Schließen eine größere Kraft als normal erfordert. Dieses Ventil bleibt dann, während die übrigen Ventile sich bereits geschlossen haben, noch offen. Da jedoch der Einlaßquerschnitt des einzelnen Ventils nur einen Bruchteil des gesamten Einlaß querschnitt es ausmacht, so entsteht in dem offengebliebenen Ventil eine anormal starke Abdrosselung, was einen entsprechenden Druckabfall im Zylinder zur Folge hat. Dieser Druckabfall ist vom Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit im Ventilquerschnitt abhängig und daher außerordentlich groß, dement-

sprechend wird eine zur Überwindung eines Widerstandes etwa erforderliche überschüssige Schlußkraft viel schneller erreicht, als wenn nur ein einziges Ventil vorhanden wäre.

Dies ergibt für die Gestaltung des Diagramms und für die Regelungsmöglichkeit der Maschine äußerst günstige Verhältnisse, was sich am besten an der Hand eines Diagramms nachweisen läßt (vgl. die Zeichnung). In dem dargestellten Diagramm bedeutet p¹ den Eintrittsdruck des Dampfes im Zylinder. a-b ist die Eintrittslinie; bei b soll normalerweise die Füllung beendet sein. In diesem Punkte ist der Eintrittsdruck so weit gesunken, daß der auf der äußeren Ventilseite wirkende Druck den Eintrittsdriick überwiegt und den Schluß des Ventils herbeiführt.

Wenn nun nur ein einziges Einlaßventil vorhanden ist, und- es macht sich ein Bewegungswiderstand bemerkbar, so bleibt das Ventil noch eine Zeitlang offen, und die Eintrittslinie setzt sich über den Punkt b hinaus in der Richtung auf Punkt c fort. Dabei nimmt die Abdrosselung im Ventil und damit die auf Schluß des Ventils wirkende Kraft ständig zu. Im Punkte c hat sie sich um c, d vergrößert. Ist nun der Bewegungswiderstand gerade so groß, daß er durch die Kraft c, d überwunden wird, so schließt sich das Ventil im Punkt c, und es entsteht das große Diagramm a-c-l-i-k. .

Sind nun vier Einlaßventile vorhanden, von denen sich drei rechtzeitig im Punkte 5 schließen, während das vierte in seiner Bewegung gehemmt ist, so fällt die Eintrittslinie vom Punkte b stark ab, etwa nach der punktierten Linie b-e, die in ihrem oberen Teil nur wenig oberhalb der Linie b-f liegt. Ist der Bewegungswiderstand genau so groß wie vorher derjenige des einzelnen Ventils, so kommt, wie leicht zu ersehen ist, der go Schluß des hängengebliebenen Ventils schon im Punkte g zustande. Von g ab beginnt also die normale Expansion. Das entstehende Diagramm a-b-g-h-i-k weicht nur sehr wenig von dem normalen Diagramm a-b-f-i-k ab.

Das Diagramm läßt auch erkennen, daß die zusätzliche Schlußkraft, die sich infolge der wachsenden Abdrosselung zu einer bestimmten Zeit einstellt, beim Hängenbleiben eines von vier Ventilen erheblich größer ist, als wenn nur ein einziges Einlaßventil vorhanden ist, das hängen bleibt. Wenn der Kolben seine größte Geschwindigkeit erreicht hat, ist sie in dem einen Falle gleich d, m, in dem anderen Falle dagegen nur gleich d, c.

Es folgt daraus, daß bei Verwendung mehrerer Einlaßventile, wenn eins hängen bleibt, erheblich größere Widerstände überwunden werden können als beim Vorhandensein eines einzigen Ventils, und es ist einleuchtend, daß in der Regel das offengebliebene Ventil kurz nach Schluß der übrigen Ventile geschlossen wird, so daß eine Änderung in der Leistung der Maschine überhaupt nicht oder nur in unerheblichem Maße herbeigeführt wird.

Wenn das Ventil bei Hubmitte, d. h. zu der Zeit, wo der Kolben seine größte Geschwindigkeit erreicht hat, noch nicht geschlossert ist, so tritt beim Vorhandensein nur eines einzigen Einlaßventils eine erhebliche Vergrößerung der zusätzlichen Kraft, die den Schluß des Ventils herbeiführen könnte, erst

beim Auspuff ein (vgl. Diagramm a-c-n-i-k). Mit andern Worten, man erhält Vollfüllung, und die Maschine ist nicht mehr regulierfähig. Hat man dagegen, wie vorher angenommen, vier Ventile, von denen eins hängen bleibt, so vergrößert sich die auf Schluß wirkende zusätzliche Kraft auch über die Hubmitte hinaus noch ganz erheblich, wie Expansionslinie b-m-e deutlich erkennen läßt. Die Ver- größerung des Diagramms und der Maschinenleistung liegt in diesem Falle, selbst wenn sich das hängengebliebene Ventil überhaupt nicht schließt, noch innerhalb solcher Grenzen, daß der Regulator der Maschine den Mangel durch Verkürzung der Öffnungszeit der übrigen Ventile ausgleichen kann.

Die Möglichkeit der Regulierung einer Maschine mit mehreren Einlaßventilen auf jeder Kolbenseite, von denen eins in seiner Bewegung gehemmt ist, ist natürlich nicht davon abhängig, daß ein selbsttätig wirkender Geschwindigkeitsregler vorhanden ist, sondern sie ist auch dann gegeben, wenn man die Umdrehungszahl von Hand ändert oder die Leistung durch Drosselung des Treibmittels regelt.

Zur Herbeiführung der beschriebenen Wirkung sind mindestens zwei Ventile auf jeder Kolbenseite erforderlich; sie ist jedoch um so kräftiger, je größer die Zahl der Ventile und je kleiner damit der Einlaßquerschnitt eines einzelnen im Verhältnis zum Gesamteinläßquerschnitt ist. Sie bleibt, wenn auch in vermindertem Maße bestehen, wenn statt eines einzelnen Ventils deren zwei oder mehrere gleichzeitig in der Bewegung. gehemmt sind, solange dies nicht bei allen auf einer Seite des Kolbens befindlichen der Fall ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß Bewegungsstörungen in den Ventilen, welche bei Verwendung nur eines Ventils Betriebsstörungen herbeiführen würden, soweit unschädlich gemacht werden, daß die Maschine gut regulierfähig bleibt, und' daß auch ihre Wirtschaftlichkeit gar nicht oder nur so wenig beeinträchtigt wird, daß der Weiterbetrieb nicht in Frage gestellt ist.

Die eigenartige Wirkung ist auch nicht daran gebunden, daß die Ventile einer Gruppe unter sich gleich sind. Es werden vielmehr Ventile, die aus konstruktiven Rücksichten verschieden ausgeführt sind oder infolge von Ausführungsfehlern nicht genau unter sich übereinstimmen, oder die durch den Geschwindigkeitsregler nicht genau gleich stark beeinflußt werden, trotzdem nahezu gleichzeitig abschließen. Denn sobald eins von den Ventilen abgeschlossen hat, setzt sofort eine verstärkte Abdrosselung ein, welche in kurzer Zeit auch den Schluß der übrigen herbeiführt. Falls nicht konstruktive Rücksichten entgegenstehen, wird man die sämtlichen Ventile einer Gruppe jedoch in den Abmessungen gleich ausführen. Es empfiehlt sich ferner, den Geschwindigkeitsregler der Maschine zwecks Regelung der Füllung unter Vermittlung eines für die sämtlichen Ventile einer Gruppe gemeinsamen Organs auf die Ventile wirken zu lassen.

Neben den im vorstehenden geschilderten Vorteilen bietet natürlich die Verwendung mehrerer Einlaßventile statt eines einzigen auch den Vorteil, daß jedes einzelne Ventil entsprechend kleiner wird. Es sind daher kleinere Kräfte zum Öffnen und Schließen erforderlich. Ferner wird das Geräusch beim Aufschlagen auf die Ventilsitze und die Abnutzung der letzteren geringer.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Kraftmaschinensteuerung mit selbsttätigem Einlaßventil, das durch den Kompressiönsdruck oder auf andere Weise geöffnet und durch die mit dem Fortschreiten des Kolbens wachsende Abdrosselung des Treibmittels im Einlaßventil geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines einzigen Einlaßventils deren mehrere auf jeder Kolbenseite angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.