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mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb von Pumpen. Die
Erfin.dning bezieht sich auf von Verbrennungskraftmaschinen unmittelbar angetriebene
Pumpen, die Drntokflüssigkeit,beispielsweise .zur Beawfschlabgung von Flüssvgkeitsturbinen
für .Schiffsschraubenamtrieb, erzeugen. Bei diesen Anlagen ist der Flüssigkeitsdruck
von der Verbrennungsarbeit abhängig. Der Zweck der Erfindung ist einerseits, diese
Verbrenuungsarbeit entsprechend der wechselnden Beanspruchung :durch die Kraftverbrauehästellen
zu regeln, ,und anderseits, den Arbeitsvorgang im Verbrennungszylinder unter .günstigsten
wärmetechnischen Bedingungen sich .abspielen zu lassen. Die Erfindung erreicht dieses
unter Anwendung von paarweise mittels .Balancier an sich bekannter Art verbundenen
Kolben dadurch, daß in dem einen Arbeitszylinder außer der Pumpenleistung ein so
großer Arbeitsüberschußentwickelt wird, daß der mit dem Kolben des Verbrennungszylinders
verbundene Kolben des benachbarten Zylinders in die der jeweiligen Betriebslage
entsprechende obere Endstellung bzw. bis zum Ende der Verdichtung getrieben wird,
und daß entsprechend der Leistungsregelung die Zündung friüher oder später einsetzt.
Gleichzeitig wird die Brennstoffzufuhr im Einklang mit der Pumpenleistung, die Hubzahl
im Einklang mit der erwünschten Kompressionshöhe und ,der Zündzeitpunkt im Einklang
mit der Kolbenendstellung gehalten, um ständig einen günstigsten .wärmetechnischen
Wirkungsgrad bei geringstem Brennstoffverbrauch zu erzielen.
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Die Zeichnungen zeigen schematisch den Erfindungsgegenstand. Abb.
i veranschaulicht eine Zweizylindermaschine und Abb.2 eine Dreizylindermaschine.
Die in den Abbildungen einander entsprechenden Teile sind mit denselben Buchstaben
bezeichnet. Die Kolben i .der im Zweitakt arbeitenden Verbrennungszylinder a und
der einfach wirkenden Pumpe b sind unmittelbar miteinander verbunden, wodurch ein
sogenannter Pumpensatz gebildet wird. Der Raum zwischen :dem Verbrennungszylinder
a und der Pumpe b dient als Spülluftsbehälter. In :diesen ragt die Achse y hinein,
die in der Wandung des Gehäuses abgedichtet gelagert ist. Um die Achse y schwingt
der Balancier g, der durch die Zugstangen f die Kolben i .zweier benachbarter
Zylinder derart verbindet, daß sie eine gegenläufige Bewegung ausführen. Findet
in dem einen Zylinder die Zündung, Expansion und Ausströmung statt, so erfolgt im
Nachbarzylinder -mit gegenläufigem Kolbengleichzeitig Ausspülung (der verbrannten
Gase, die Luftfüllung und die Kompression, .die ihrerseits eine Zündung einleitet,
durch
welche sieh dasselbe Spiel in den Zylindern in umgekehrter
Weise wiederholt.
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Es lassen sich solche Pumpensätze in unbegrenzter Zahl :anordnen,
auch die Größenbeziehungen wie :die Verhältnisse der bewegten Massen und die Lage
ihrer Achsen können den jeweiligen Betriebsbedürfnissen entsprechend verändert und
zu einem Massenausgleich vereinigt werden.
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Gemäß .Alb. 2 sind beispielsweise drei Pumpensätze r, 2 und 3 in einer
der Ausführung nach Abb. i grundsätzlich gleichen Anordnung vereinigt. Die Pumpensätze
i und 3 sind einander gleich, und ihr Gesamtschwerpunkt liegt in der Achse des Pumpensatzes
2. Dieser hat doppelt so große Querschnitte wie Satz i oder 3, dementsprechend sind
auch die bewegten Massen .doppelt so groß oder gleich der Summe der bewegten Massen
von Satz i und 3, und ihr Schwerpunkt liegt in derselben Achse. Der .Schwerpunkt
der bewegten Massen von i und 3 hat eine gleiche, ,aber entgegengesetzt gerichtete
Bewegung" gegen den Schwerpunkt der bewegten, Massen von Satz 2, und zwar in derselben
Achse, .derart, daß der Gesamtschwerpunkt aller Pumpenansätze bei der Bewegung ihrer
Massen in seiner Lage verharrt. Es ist damit der Massenausgleich unter Vernachlässigung
der endlichen Länge .der Schubstangen f hergestellt.
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Die .beiden Balanciers umgreifen mit ,ihren äußeren Enden gabelförmig
die zugehörigen Kolbenverlängerungen, während :das innere Ende dies linken Balanciers
das gegabelte innere Ende .des rechten Balanciers gabelförmig umfaßt. Jedes Gabelende
ist durch eine Zugstange f mit dem zugehörigen Kol-Len -verbunden. Es liegen -somit
an :der Vorder- und Rückseite des mittleren Kolbens je zwei Zugstangen und an der
Vorder- und Rückseite der seitlichen Kolben je eine Zugstange f. Alle .zu einem
Kolben gehörigen Zugstangen f, die sich :in der bezeichneten Stellung -überdecken,
können sich :demnach in hintereinander egelebenen @Ebenen frei bewegen.
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Die Wirkungsweise der Anlage .ist folgende Die Widerstände, welche
durch die im Verbrennungszylinder a geleistete Arbeit zu Überwinden sind, bestehen
in dem gleichförmigen Gegendruck der Pumpe und im Gegendruck der Kompression in
den benachbarten Verbrennungszylindern. Im Augenblick der Zündung ist der Kolbendruck
des Verbrennungszylinders größer als seine Widerstände, und -dieser Überdruck dauert
auf dem Kolbenivege @so lange, bis durch :Expansion :der verbrannten Gase ihr Druck
gleichgeworden ist dem Widerstande. Die bis zu dieser Gleichgewichtslage vom Überdruck
der Gase im Arbeitszylinder geleistete Arbeit stellt den Arbeitsüberschuß dar. Der
Arbeitsüberschuß erzeugt allein die Kolbenbewegung und -geschwindiägkeit, die ibef
dem Erfin.dungsgegenstande ungefähr in -.der Hubmitte der Kolben in der Gleichgewichtslage
ihr Maximum erreicht und als kinetische Energie in Wirkung tritt.
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Durch @diese kinetische Energie wird die Kolbenbewegung über die Gleichgewichtslage
hinaus fortgesetzt. Hierbei wird durch weitere Expansion der verbrannten Gase ihr
Druck geringer als ihr Widerstand, und der entstehende Druckunterschied steigert
sich bis zum Hubende. Dieser Fehlbetrag am Kolbendruok im Verbrennungszylinder auf
;dem Wege von Ader Gleichgewichtslage Ibis zum Hubende bewirkt die Verzögerung der
Kolbenbewegung, und sein absoluter Betrag ist gleich dem des Arbeitsüberischusses.
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Da eine mechanische. Hubbegrenzung nicht stattfindet, ist die Hublänge
sind die :dadurch entwickelte Kompressionshöhe lediglich durch die Arbeit bestimmt,
die nm Verbrennungszylinder entwickelt wird. Ist diese verbraucht, so gelangen die
Kolben zum Stillstand und liefern die ihrer Lage entsprechende Kornpression.
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Die Arbeit im Verbrennungszylinder wird ,durch die @ein1gespritzte
Brennstoffmenge bestimmt. Durch eine Vergrößerung derselben .wird somit sowohl eine
größere Kolbenweglänge unter Übernvindung ödes gleichförmigen Pumpenwiderstandes
erreicht als auch die Kompression gesteigert. Gleichzeitig ist mit der höheren Kompression
ein höherer thermischer Wirkungsgrad verbunden, der eine größere Leistung bewirkt,
als lediglich Jer Vergrößerung .der Brennstoffmenge entsprechen ,würde. Es wird
damit nicht nur ,durch Einstellung der Kompression die Wirtschaftlichkeit der Anlage
beeinflußt, scan:dern auch .den Anforderungen verschiedener Brennstoffe, welche
zur Verfügung stehen, an die Kompressionshöhe entsprochen.
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Durch die Steigerung der Kompression wächst in demselben Maße der
Anfangsdruck nach der Verbrennung und :der Arbeitsüberschuß. er Arbeitsüberschuß
erzeugt die Kolbengeschwi_ndibkeit, welche mittels eines Regulators bekannter Art
die Brennstoffzufuhr der Kompressionshöhe und. Leistung entsprechend regelt. Sinkt
z. B. ,der Fumpe-nwiderstand, so werden Hublänge, Kolbengeschwiindigkeit und [Kompressionshöhe
steigen. Dementsprechend' wird durch den Regulator die Brennstoffmenge verringert
und der Zeitpunkt der Einspritzung in der Richtung nach .dem Hubende verstellt,
'bis der normale Gang der Pumpe wiederhergestellt ist. Es wird da-,durch ,die Leistung
der Verbrennungsizylinder
;dem sinkenden Purnpenwi:demstand enfsprechend
verringert undl eine Vorzün:dun.g vermieden durch Verstellung der Brennstoffeinspritzung
näher zum Hubende. Bei Vergrößerung des Pumpenwiderstandes wird die Brennstoffmenge
vergrößert, und die Einspritzung .des Brennstoffes beginnt weit vor dem inneren
Totpunkt des Kolbens.
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Zur Erläuterung der Brennstoffregelung dient A ibb. 3, welche ein
Ausführungsbeispiel einer entsprechend arbeitenden Brennstoffpumpe ,allgemein darstellt
ohne -Rücksicht auf die je nach dem Brennstoff eintretende Dauer vom Zeitpunkt der
:Elnspritzung bis zur Zündung. Sie besteht ;aus einem :Kolben a5, einem Regulierzylinder
b3, dem Druckstutzen c" der kolbenartig in den Reguherzylinder hineingreift, aus
Odem Stellhebel h3 :und aus :dem Antriebsorgan d3. Das Antriebsorgan erhält eine
dem Venl>rennungakolben gleiche oder proportionale Bewegung und besitzt eine zu
seiner Bewegungsrichtung geneigte .Ebene e3, die im Augenblick der Brennistoffrei@nführung
den Kolben a3 durch die Rollen f 3 in den Regulierzylinder b3 hineinzutreiben beginnt,
;welche Bewegung bis zum Hubende des Verbrennun,gskof'bens andauert. Der Regulienzylin-,der
b3 ist mit Radialöffnungen g3 versehen, durch welche (der Brennstoff aus -dem Zylinder
zum Brennstoffbehälter zurückfließt. In .dem Augenblick, wo der Kolben a, die Öffnunigen
g3 abschließt, beginnt die Brennstoffförderungdurch den Druclestutzen c3, der mit
der Einspritzdüse verbunden wird und mit Rückschlagventilen wie üblich versehen
ist. Dieser Augenblick des Beginns der Brennstoffeinspritzung kann nach dem Hubende
verschoben werden dlurch Verstellung des Zy-
linders b3 in der Bewegnxngsrichtungdes
Kolbens a3. Diese Verstellung bewirkt der Reaulator den Kolbengeschwindigfkeiten
entsprechend durch .seine Zugstange, :die am Hebei h3 des Regulierzylinders angreift.
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Die Rückbewegung des Kolbens a3 wird wie üblich durch eine Feder bewirkt,
während der Brennstoff durch die Ventile i3 an-,gesaugt wird.
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,Es wird somit der Beginn !der Brennstoffeinspritzung ;im Zeitpunkt
durch den Regailator in Abhängigkeit von der Kolbemgesehwin-digkeit eingestellt,
und sie dauert bis zum Hubende ;des Verbrennungskolbens, das ,durch Verbrauch .des
Überdrucks erreicht wird.
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Für die Erfindung, sind zwei Umstände von wesentlicher Bedeutung Erstens
stehen die :Gestärnge .nicht unter dem vollen Druck der entzündeten Gase, wie beim
Kurbeltrieb, sondern es wird ein Teil desselben unmittelbar von der Masse des zugehörigen
Kolbens aufgenommen, und nur der Rest belastet die Gestänge und wird, Reibung erzeugend,
auf die Nachbarkolben übertragen. Dabei beträgt die Zapfendrehung nur einen geringen
Bruchteil der des Kurbeltriebes. Es ist somit sowohl der Druck als auch der Weg
der Reibungsfläche auf einen geringen Bruchteil der des Kurbeltriebes verringert,
und die Reibungsarbeit wird praktisch ohne Bedeutung.
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Zweitens werden die Unterschiede in der Kolbengeschwin!di@glkeit,
welche durch den wechselnden Druck der entzündeten Gase auf den Kolben entstehen,
völlig verlustfrei durch die Windkessel der Pumpe ausgeglichen, und die Leistung
der Verbrennungszylinder wird in beliebiger Gleichförmigkeit und im vorliegenden
Falle auf die Turbine übertragen. Das Schwungradgewiclhtdies Kurbeltriebes und seine
Lagerungsverluste sind damit vermieden..
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Gemäß der Erfindung werden die Druckunterschiede der entzündeten Gase
voll auisgenutzt, ohne daß durch die .sich daraus ergebenden Geschwindigkeitsunterschiede
der Kolben @die Kraftübertragung und Turbinenleistung nachteilig beeinflußt wird.