DE2922603A1 - Mehrzylindriger heissgasmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen mehrzylindrigen Heißgasmotor mit Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die DE-OS 26 45 376 ist ein mit Außenverbrennung arbeitender Verbrennungsmotor bekannt, dessen Brennraum Kraftstoff und Luft in Mengen zugeführt werden, deren Verhältnis durch eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von bei Belastungsänderungen des Motors auftretenden Temperaturänderungen steuerbar ist. Als Regelparameter dient dabei die außen an Erhitzerrohren gemessene Temperatur, die einer Steuereinrichtung zuführbar ist, welche die Zuführung von Verbrennungsluft proportional der Differenz zwischen dem Ist- und Sollwert der gemessenen Temperatur und proportional der zugeführten Verbrennungsluftmenge die Zuführung einer bestimmten Kraftstoffmenge zum Brennraum des Motors steuert. Dabei wirkt der durch ein Gebläse erzeugte, durch eine bestimmte Drosselklappenstellung in der Förderleitung eingestellte Luftstrom über eine Düse auf ein Membranventil, dessen Membran ein Schließteil trägt, das den Durchflußquerschnitt der Kraftstofförderleitung und damit die durchtretende Kraftstoffmenge beeinflußt»

Dieser Regelkreis weist jedoch gewisse bauteilbedingte Nachteile auf. Es wird beispielsweise die Temperatur durch außen an Erhitzerrohren angebrachten Thermoelementen und nicht die tatsächliche Arbeitsgastemperatur gemessen, die eine exakte Basis für die effektiv erforderliche Luft-Brennstoff -Nachregelung darstellt. Ferner ist durch die Verwendung einer stellungsvariablen Drossel in der Verbrennungsluf tförderleitung ein Gebläse erforderlich, daß in unrentabler Weise immer die maximale Luftmenge fördern muß, von der jedoch nur ein Teil dem Brennraum zugeführt

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wird. Außerdem erscheint die luftstromabhängige Steuerung des BrennstoffZuflußquerschnittes mittels des Membranventils relativ anfällig gegen mechanische Einflüsse, wie Erschütterungen, Druckschwankungen, Verunreinigungen oder Ablagerungen am Ventildurchtritt. Außerdem ist das bekannte Regelsystem nur für die Luft-Brennstoff-Zufuhrsteuerung für einen Brennraum ausgelegt.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einem mehrzylindrigen Heißgasmotor eine leistungsoptimierende Regeleinrichtung zuzuordnen, mit der die Luft- und Brennstoffregelung für alle Brennräume mit einem minimalen Bauteileaufwand und mit größtmöglicher Funktionssicherheit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Verwendung einer elektronischen Auswahllogik, die auf die niedrigste gemessene Arbeitsgastemperatur anspricht und diesen Temperaturpegel als Regelparameter an einen allen Brennräumen gemeinsamen Luftmengenregeikreis weiterleitet, ist eine optimale Luftmengenförderung gewährleistet. Da außerdem auch die Brennstoffzufuhr zu allen Brennräumen proportional der allen Brennräumen gemeinsamen Luftmengenzufuhr und diese Brennstoffzufuhr außerdem durch eine überwachungseinrichtung über das gleiche Regelelement bei Bedarf reduzierbar ist, ist eine Regelungseinrichtung geschaffen, die vollautomatisch den Luft-Brennstoff-Bedarf jedes einzelnen Brennraumes mit einem minimalen Aufwand an Bauteilen optimiert»

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A-

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

In der Zeichnung ist schematisch der Aufbau eines mehrzylindrigen Heißgasmotors dargestellt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung jener den internen Arbeitskreisen des Heißgasmotors zuzurechnenden Teilen weitestgehend verzichtet wurde. Außerdem sind von den sechs in der Zeichnung nebeneinander dargestellten Baugruppen wegen Identität ihrer Bauteile nur zwei vollständig mit Bezugszeichen versehen; für die identischen Teile der anderen Baugruppen gelten die gleichen Bezugszeichen.

Jedem nicht dargestellten Zylinder ist ein Brennraum 1 zugeordnet, dem wiederum ein Arbeitsgas beinhaltender Erhitzer 2 zugeordnet ist. Mit 3 sind Zerstäuberdüsen bezeichnet, denen Brennstoff über BrennstoffZuleitungen 4 und Zerstäuberluft über Forderleitungen 5 zuführbar ist. Letztere sind an eine allen gemeinsame Zuleitung 6 angeschlossen, an deren Eingang ein von einem Elektromotor 7 angetriebenes Zerstäuberluftgebläse 8 mit Luftfilter 9 als Fördereinrichtung angeordnet ist. Die BrennstoffZuleitungen 4 sind ebenfalls an eine allen gemeinsame Förderleitung 10 angeschlossen, in die eine Brennstoffhauptzufuhrleitung 11 mündet. Letztere ist eingangsseitig mit einem Brennstofftank verbunden, von dem durch diese Brennstoff mittels einer ein Überdruckventil 13 aufweisenden Brennstoffpumpe 14 über einen Brennstoff-Filter 15 und ein im Normalfall offenes Brennstoffabsperrventil 16 zu den einzelnen Brennstellen förderbar ist. Das Brennstoffabsperrventil 16 ist als Magnetventil ausgebildet und dient als Sicherheitsventil für einen etwaigen Störfall,

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der eine vollkommende Brennstoffzufuhrunterbindung erfordert. Das Brennstoffabsperrventil 16 ist über Leitungen mit mehreren Kontrollelementen an verschiedenen Funktionselementen des Heißgasmotors verbunden; eine dieser Leitungen führt beispielsweise als Sammelleitung zu erhitzerintern angeordneten Thermoelementen 18, die auf einen Temperaturhöchstwert eingestellt sind und bei überschreiten dieser Temperatur ein Signal zum Brennstoffabsperrventil 16 mit der Folge einer Brennstoffzufuhrsperrung weiterleiten.

Bei der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Luft-Brennstoff-Temperatur-Regelungseinrichtung ist innerhalb jedes Erhitzers 2 ein Thermoelement 19 angeordnet; die Thermoelemente 19 sind über je eine Verbindungsleitung 2O mit je einem Eingang einer elektronischen Auswahllogik 21 verbunden. Diese Auswahllogik 21 wertet die fortlaufend in sie eingespeisten, jeweils erhitzerintern gemessenen Arbeitsgastemperaturen aus und leitet das der niedrigsten Arbeitsgastemperatur entsprechende Signal als Istwert über einen Kanal an einen Luftmengenregler 22 weiter, der auf einen bestimmten Sollwert eingestellt ist. Ausgangsseitig ist der Luftmengelregler 22 mit einer Antriebseinrichtung 23 für ein Gebläse 24 verbunden, das Luft über eine gemeinsame Förderhauptleitung 25 und jeweils von dieser wegführende Abzweigungen 26 zu den einzelnen Brennräumen fördert. Die Antriebseinrichtung 23 ist dabei so ausgelegt, daß die Drehzahl des Gebläses 24 in einem relativ weiten Bereich stufenlos regelbar ist. Hierzu ist als Antriebseinrichtung ein Elektromotor und ein diesem zugeordneter Bürstenverstellmotor oder alternativ hierzu ein Motor mit verstellbarem Riementrieb verwendet. Die Drehzahlregelung des Gebläses 24 erfolgt durch entsprechen-

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de Regelsignale, die der Luftmengenregler in Abhängigkeit von dem ihm zugeführten Istwertsignal erzeugt und an die Antriebseinrichtung 23 weiterleitet.

Die gleichzeitig zu allen Brennräumen 1 geförderte Luftmenge ist daher abhängig von der eingestellten Gebläsedrehzahl. Die hierdurch geförderte Luftmenge stellt den Regelparameter für die den einzelnen Brennräumen gleichzeitig zuzuführende Brennstoffmenge dar.

Zur Messung der geförderten Luftmenge ist in der Förderhauptleitung 25 vor, gegebenenfalls auch nach dem Gebläse 24, eine auf Strömungsdruck ansprechende Meßeinrichtung 27 angeordnet; letztere ist an einem Druckwandler 28 angekoppelt, der den gemessenen Strömungsdruck in ein diesem proportionales elektrisches Signal, vornehmlich eine elektrische Spannung, umwandelt. An den Druckwandler 28 sind ausgangsseitig an eine gemeinsame Steuerleitung 29 Brennstoffmengenregler 30 angeschlossen, von denen je einer einem Brennraum 1 zugeordnet und in dessen Brennstoff zuleitung eingeschaltet ist.

Im einzelnen besteht jeder Brennstoffmengenregler 30 aus einem Drosselventil 31 und einem elektrischen Verstellmechanismus; letzterer setzt sich aus einem mit dem den Durchflußquerschnitt verändernden Teil des Drosselventils 31 gekoppelten Schrittmotor 32 und einer diesem vorgeschalteten elektrischen Steuereinrichtung 33 mit zwei alternativ ansteuerbaren Eingängen 34 bzw. 35 zusammen. Die Steuereinrichtung 33 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als elektronischer Analog-Digital-Wandler ausgebildet, der den vom Druckwandler 28 übermittelten elektrischen Analogwert in elektrische Schrittimpulse für den Schrittmotor 32 umwandelt.

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Die ersten Eingänge 34 aller Brennstoffmengenregler 30 sind jeweils über eine erste Schaltstrecke eines an diese angeschlossenen elektrischen Umschalters 36 mit der vom Druckwandler 28 kommenden Steuerleitung 29 verbunden. Die erste Schaltstrecke des Umschalters 36 ist in der Regel geschlossen, so daß durch ein einziges Steuersignal vom Druckwandler 28 gleichzeitig alle Brennstoffmengenregler auf eine bestimmte Brennstoffzuführmenge einzuregeln sind.

Die elektrischen Umschalter sind jedoch bei Bedarf durch einen elektrischen Umschaltbefehl, abgegeben von einer jeweils einem Brennraum zugeordneten überwachungseinrichtung 37 über eine Leitung 38 von der ersten Schaltstrecke auf eine zweite Schaltstrecke umschaltbar, so daß dann von der Überwachungseinrichtung 37 über eine Leitung 39 und den zweiten Eingang 35 Steuersignale in die Steuereinrichtung 33 einspeisbar sind.

Die überwachungseinrichtungen 37 dienen als Maximumwächter und bestehen jeweils aus einem auf einen geringfügig höher als am Luftmengenregler 22 eingestellten Temperatursollwert ausgelegten Regler 40, dem über eine Zuleitung 41 fortlaufend die durch das erhitzerintern angeordnete Thermoelement ermittelten Arbextsgastemperaturxstwerte eines Erhitzers zugeführt werden. Diese Istwerte werden in den einzelnen Überwachungseinrichtungen 37 mit den eingestellten Sollwerten verglichen. Bei überschreiten des Sollwertes durch den gemessenen Arbeitsgastemperaturistwert gibt die betreffende überwachungseinrichtung über die Leitung 38 einen Umschaltbefehl an den zugeordneten Umschalter 36, wodurch der zugehörige Brennstoffmengenregler 30 von der allen Brennräumen gemeinsamen Brennstoff mengenregelung abgeschaltet wird und vom Regler 40 Steuersignale über die Leitung 39 und den zweiten Eingang

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in die Steuereinrichtung 33 des Ventilverstellmechanismus mit dem Zweck einer Brennstoffdurchflußmengenreduzierung eingespeist werden. Diese Regelstrecke bleibt so lange durchgeschaltet, bis der in der Überwachungseinrichtung eingestellte Sollwert wieder vom gemessenen Arbeitsgastemperaturistwert unterschritten ist- Sobald dieser Fäll eingetreten ist, gibt die überwachungseinrichtung 37 einen entsprechenden Umschaltbefehl über die Leitung 38 an den Umschalter 36, der daraufhin wieder in seine erste Schalt'strecke zurückkippt und der betreffende Brennstoffmengenregler 30 wieder an die allen Brennräumen 1 gemeinsame Brennstoff regelstrecke angeschlossen ist«,

Die erfindungsgemäße Art der Luft-Brennstoff-Temperaturregelung erfordert, wie aus der Zeichnung und der Beschreibung ersichtlich ist_# einen minimalen Aufwand an Bauteilen zum Erhalt eines optimalen und konstanten Verbrennungsgemisches in jedem Brennraum? außerdem ist hierdurch wegen der konstant hochgehaltenen Arbeitsgastemperatur unabhängig von dem momentanen Leistungsbedarf auch ein fortlaufend optimierter Wirkungsgrad des Heißgasmotors erzielt.

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Leerseite

Claims (7)

1. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Stadtbachstraße 1, 8900 Augsburg

   PB 2979/1391 ■ 31 .05.79

   Mehrzylindriger Heißgasmotor

   Patentansprüche:

   ^ Mehrzylindriger Heißgasmotor, der je Zylinder einen Brennraum und einen Erhitzer besitzt, welchen Brennräumen Brennstoff und Luft zur Erwärmung des im jeweiligen Erhitzer befindlichen Arbeitsgases in Mengen zuführbar ist, deren Verhältnis durch eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von bei Belastungsänderungen des Motors auftretenden Temperaturänderungen des Arbeitsgases steuerbar ist,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgastemperatur in allen Erhitzern (2) durch Meßelemente (19) überwacht und von der jeweils niedrigsten Arbeitsgastemperatur ein Steuersignal für die Nachregelung der Luftzufuhr zu allen Brennräumen (1) abgeleitet ist, daß in die Brennstoffzuleitung (4) zu jedem Brennraum (1) ein Brennstoffmengenregler (30) mit Drosselventil (31) sowie elektrischem Verstellmechanismus (32, 33) eingeschaltet ist und allen Brennstoffmengenreglern (30) gleichzeitig ein der zu den Brennräumen geförder-

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   ten Luftmenge proportionales Brennstoffmengenregelsignal zuführbar ist,

   und daß jedem Brennraum (1) eine Überwachungseinrichtung (37, 40) zugeordnet ist, die bei Überschreiten eines Arbeitsgastemperaturgrenzwertes im Erhitzer (2) am nachgeordneten Brennstoffmengenregler (30) eine Brennstoff durchflußmeng enreduzierung bewirkt.
2. 2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgastemperatur in den einzelnen Erhitzern (2) durch Thermoelemente (19) überwacht und die ermittelten Meßsignale über Zuleitungen (20) in eine elektronische Auswahllogik (21) eingespeist werden, die das der niedrigsten Arbeitsgastemperatur entsprechende Meßsignal logisch erfaßt und als Istwert einem auf einen Sollwert eingestellten Luftmengenregler (22) zuführt, der Istwert und Sollwert vergleicht und einen Steuerbefehl an ein Gebläse (24) zur entsprechenden Nachregelung der über eine gemeinsame Zuleitung (25) gleichzeitig in alle Brennräume (1) geförderten Luftmenge weiterleitet.
3. 3. Heißgasmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (24) drehzahlvariabel durch eine elektrische Antriebseinrichtung (23) angetrieben und die zu den Brennräumen (1) geförderte Luftmenge proportional der durch den Luftmengenregler (22) gesteuerten Gebläsedrehzahl ist.
4. 4. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilverstellmechanismus jedes Brennstoffmengenreglers (30) aus einem mit dem den Durchflußquer- . schnitt verändernden Teil des Drosselventils (31) gekoppelten Schrittmotor (32) und einer diesem vorge-

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   schalteten elektrischen Steuereinrichtung (33) mit zwei alternativ ansteuerbaren Eingängen (34 bzw. 35) besteht.
5. 5. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Eingänge (34) aller Brennstoffmengenregler (30) jeweils über eine erste Schaltstrecke eines elektrischen Umschalters (3 6) an eine gemeinsame Steuerleitung (29) angeschlossen sind, die über einen Druckwandler (28) zu einer in der Luftmengenforderleitung (25) vor oder nach dem Gebläse

   (24) angeordneten Meßeinrichtung (27) führt, während die zweiten Eingänge (35) der Brennstoffmengenregler (30) über eine zweite Schaltstrecke der Umschalter (36) bei Bedarf mit der jeweils zugeordneten Überwachungseinrichtung (37) verbindbar sind.
6. 6. Heißgasmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede überwachungseinrichtung (37) aus einem auf einen geringfügig höher als am Luftmengenregler (22) eingestellten Temperatursollwert ausgelegten Regler (40) besteht, dem fortlaufend die durch das erhitzerintern angeordnete Thermoelement (19) ermittelten Temperaturistwerte zugeführt werden, und der bei überschreiten des eingestellten Arbeitsgastemperaturgrenzwertes einen Umschaltbefehl an den zugeordneten Umschalter (3 6) gibt, wodurch der nachgeschaltete Brennstoffmengenregler (30) von der allen Brennräumen gemeinsamen Brennstoffmengenregelung abgeschaltet und dessen Ventilverstellmechanismus (32, 33) zum Zweck einer Brennstoffdurchflußmengenreduzierung mit entsprechenden Steuersignalen beaufschlagbar ist.

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7. 7. Heißgasmotor nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler (28) als Druck-Spannungs-Wandler und die Steuereinrichtungen (33) der Brennstoffmengenregler (30) als elektrische Analog-Digital-Wandler ausgebildet sind.

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