DE416623C

DE416623C - Device for determining the mean pressure occurring in the cylinder interior of piston engines in relation to the piston stroke

Info

Publication number: DE416623C
Application number: DEG59565D
Authority: DE
Original assignee: JOSEF GEIGER DR ING
Current assignee: JOSEF GEIGER DR ING
Priority date: 1923-07-21
Filing date: 1923-07-21
Publication date: 1925-07-22

Description

Vorrichtung zur Ermittlung des im Zylinderinnern von Kolbenkraftmaschinen auftretenden mittleren auf den Kolbenhub bezogenen Druckes. Die Erfindung bezweckt, den mittleren Druck im Zylinderinnern von Kolbenkraftmaschinen durch eine Vorrichtung unmittelbar anzuzeigen oder auch zu registrieren.Device for determining the inside of the cylinder of piston engines occurring mean pressure related to the piston stroke. The invention aims the mean pressure inside the cylinder of piston engines by a device to display immediately or to register.

Bisher wurde dieser mittlere Druck dadurch ermittelt, daB mehrere Indikatordiagramme abgenommen und aus denselben durch Planimetrieren die mittlere Höhe bestimmt wurde. Das ist ein sehr umständliches, zeitraubendes und ungenaues Verfahren, das zudem genügende Vertrautheit mit dem Indizieren voraussetzt. Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Gegenstand, die auf der Erkenntnis beruht, daß zwischen dem üblichen mittleren Druck pH, der aus dem Kolbenhubdiagramm ermittelt wird, und dem auf die Zeit bezogenen mittleren Druck pz eine einfache leicht übersichtliche Beziehung bei allen Kolbenmaschinen besteht. Es genügt nämlich im allgemeinen, pz mit einem geeigneten von der Belastung unabhängigen Faktor zu multiplizieren, um pH zu finden. Natürlich ist dieser Faktor je nach dem Arbeitsverfahren der betreffenden Maschine verschieden. Bei gegebenem Arbeitsverfahren wird er jedoch überraschend wenig von den im Betrieb möglichen Unregelmäßigkeiten des Diagramms beeinflußt. So sind, um nur einen Fall zu nennen, wo diese Unregelmäßigkeiten besonders groß werden können, beim Gleichdruckdieselverfahren bei annähernd gleicher Kompression die Größenunterschiede dieses Faktors für starke Vorzünder einerseits und sehr schleichende Verbrennung anderseits bei einem mittleren Druck pH = 4,5 5 nur 5 Prozent.Up to now this mean pressure has been determined by taking several Indicator diagrams removed and from them the middle one by planimizing Height was determined. This is a very cumbersome, time-consuming and imprecise one Procedure that also requires sufficient familiarity with indexing. the The invention relates to a device which is based on the knowledge that between the usual mean pressure pH, which is determined from the piston stroke diagram and the time-related mean pressure pz a simple, easy-to-understand Relationship exists in all piston engines. In general, it is sufficient, pz to be multiplied by a suitable factor independent of the load in order to obtain Find pH. Of course, this factor is the one in question depending on the working method Machine different. With the given working method, however, it is surprising little influenced by the possible irregularities of the diagram during operation. So, to name just one case, where these irregularities are particularly large can be, with the constant pressure diesel process with approximately the same compression the size differences of this factor for strong pre-igniters on the one hand and very creeping ones Combustion, on the other hand, at a medium pressure pH = 4.5 5 only 5 percent.

Gemäß der Erfindung soll pz direkt bestimmt und aus demselben pH ermittelt werden.According to the invention, pz should be determined directly and determined from the same pH will.

Zur Bestimmung von pz dient folgende Vorrichtung: Ein dem veränderlichen Gasdruck ausgesetztes Organ l(, z. B. ein Kolben, eine Membran usf., wirkt auf eine Schwunumasse S und ist federnd mit einem festen Gehäuse G;. verbunden. Die Federung soll im Verein mit der geeigneten Bemessung der Schwungmasse so gewählt werden, daß die letztere trotz der raschen Gasdruckschwankungen eine dem mittleren auf die Zeit bezogenen Druck pz entsprechende Lage einnimmt. Dies ist der Fall, wenn die Eigenschwingungszahl des Systems im Verhältnis zur niedrigsten Periodenzahl der Gasdruckschwankungen richtig gewählt ist. Ein mit der Schwungmasse fest oder auch durch starre - wenn auch eine Übersetzung ermöglichende - Mittel verbundener Zeiger gibt dann auf einer Skala direkt pz an. Die Skala kann auch so bemessen sein, daß pH unmittelbar abzulesen ist.The following device is used to determine pz: On the variable Organ 1 exposed to gas pressure (e.g. a piston, a membrane, etc.) acts on a Schwunumasse S and is resilient with a solid housing G .; tied together. The suspension should be selected in conjunction with the appropriate measurement of the centrifugal mass, that the latter despite the rapid gas pressure fluctuations one to the middle on the Time-related pressure pz assumes the corresponding position. This is the case when the Natural frequency of the system in relation to the lowest number of periods of the Gas pressure fluctuations is selected correctly. A fixed with the flywheel or also pointers connected by rigid - albeit translation-enabling - means then indicates pz directly on a scale. The scale can also be dimensioned so that pH can be read immediately.

Für die praktische Ausführung der Vorrichtung dient die in den Abb. i und a dargestellte Anordnung. Ein Kolben I( wirkt durch Zahnrad- oder Hebelübersetzungen oder beides zugleich auf ein Schwungrad und wird durch eine Feder in einer bestimmten Gleichgewichtslage festgehalten. In den Abb. i und z ist die Feder U als ebene Spiralfeder dargestellt, die in einer Aussparung des Schwungrades sitzt. Statt derselben kann aber auch irgendeine andere Federart oder auch irgendeine andere Stelle zur Unterbringung der Feder gewählt werden. So erweist sich außer der in den Abbildungen dargestellten Anordnung auch eine solche zweckmäßig, bei der die Feder nicht auf das Schwungrad, sondern direkt auf die verlängerte Kolbenstange einwirkt und welche als doppelt gewundene zylindrische Schraubenfeder mit Kugelkopf nach Art der Indikatorfedern ausgeführt ist. Während nämlich die Anordnung der Uhrfeder im Schwungrad den Vorteil geringster Raumbeanspruchung trotz sehr großen Federwegs besitzt, hat eine in der Verlängerung der Kolbenachse angeordnete Schraubenfeder den Vorzug sehr leichter Auswechselbarkeit.The device shown in Fig. i and a shown arrangement. A piston I (acts through gear or lever ratios or both at the same time on a flywheel and is in a given by a spring Steady state of equilibrium. In Figs. I and z, the spring U is a flat spiral spring shown, which sits in a recess in the flywheel. Instead of the same can but also any other kind of feather or any other place for accommodation the spring can be chosen. This turns out to be other than that shown in the figures Arrangement is also useful in which the spring does not act on the flywheel, but acts directly on the extended piston rod and which as a double Coiled cylindrical coil spring with ball head in the style of indicator springs is executed. Namely, while the arrangement of the clock spring in the flywheel has the advantage has the smallest space requirement despite very large spring travel, has one in the Extension of the piston axis arranged coil spring the preference very lighter Interchangeability.

Die Schwungmasse ist zwecks möglichst gedrängter Bauart des Instrumentes als Rad ausgebildet, so daß ein sehr großes Trägheitsmoment bei geringem Gewicht erzielt wird. Aus dem gleichen Grunde ist auch die Vergrößerung der Kolbenbewegungen bis zum Schwungrad oder auch zum Zeiger unverhältnismäßig viel größer als bei normalen Indikatoren (mindestens fünfmal so groß). Als vergrößernde Organe sind in der Zeichnung Zahnräder Z1 bis Z5 vorgesehen; man kann jedoch an ihrer Stelle auch andere Organe, z. B. Hebel oder Bandscheiben mit Zugbändern, verwenden.The flywheel is designed to be as compact as possible for the instrument designed as a wheel, so that a very large moment of inertia with low weight is achieved. The increase in piston movements is for the same reason up to the flywheel or also to the pointer disproportionately much larger than with normal Indicators (at least five times as large). As enlarging organs are in the drawing Gears Z1 to Z5 provided; however, other organs can also be used in their place, z. B. Use levers or intervertebral discs with drawstrings.

Um bei Belastungsänderungen ein rasches Einspielen des Zeigers in die neue Gleichgewichtslage ohne störende Pendelungen zu erzielen, wird zunächst der Zwischenraum zwischen Schwungrad und dessen Innengehäuse Cri so knapp bemessen, daß auf allen Seiten nur ein ganz schmaler Luftspalt bestehen bleibt, der auch mit Öl ausgefüllt werden kann und in dem sich dasselbe infolge der Kapillarwirkung ohne weiteres hält. Außerdem ist in der Verlängerung des Kolbens auf seiner Achse eine Dämpferscheibe D vorgesehen, welche in das zylindrische Gehäuse gut einpaßt und beiderseits von Öl umgeben ist. Diese Dämpferscheibe hat außerdem noch den Zweck, die Zähne oder sonstige Übertragungsorgane vor Beschädigungen durch hohen Druck zu schützen, welcher z. B. bei Verpuffungsmotoren zeitweilig auf den Kolben wirkt.In order to achieve a quick adjustment of the pointer to the new equilibrium position without disturbing oscillations when the load changes, the space between the flywheel and its inner housing Cri is initially dimensioned so tight that only a very narrow air gap remains on all sides, which can also be filled with oil can and in which the same holds easily due to the capillary action. In addition, a damper disk D is provided in the extension of the piston on its axis, which fits well into the cylindrical housing and is surrounded on both sides by oil . This damper disk also has the purpose of protecting the teeth or other transmission organs from damage by high pressure, which z. B. acts temporarily on the piston in deflagration engines.

Um ferner eine möglichst genaue von etwaigem Spiel und Abnutzung der Zähne unabhängige Anzeige zu ermöglichen, ist eine zweite Feder F vorgesehen, welche im Sinne des Kolbendruckes wirkt und so bemessen ist, daß auch bei auftretendem Unterdruck unter die Atmosphäre die gleichen Zahnflanken wie beim höheren Druck aneinander anliegen. Naturgemäß muß auch diese Feder im Verein mit der zuerst genannten der Bedingung über die geeignete Lage der Eigenschwingungszahl entsprechen.Furthermore, in order to be as accurate as possible of any play and wear and tear of the To enable teeth independent display, a second spring F is provided, which acts in the sense of the piston pressure and is dimensioned so that even when Negative pressure under the atmosphere has the same tooth flanks as at higher pressure rest against each other. Naturally, this spring must also be used in conjunction with the first mentioned correspond to the condition of the suitable position of the natural frequency.

Außerdem sind noch eine Reihe weiterer, für die Brauchbarkeit des Apparates wichtiger Maßnahmen getroffen: Die Vorrichtung braucht nicht wie ein gewöhnlicher Indikator direkt an den betreffenden Kraftmaschinenzylinder angeschraubt zu werden, sondern kann an einer andern entfernten, den Erschütterungen weniger ausgesetzten und leicht beobachtbaren Stelle, z. B. am Maschinistenstand, angeordnet und lediglich durch ein biegsames Rohr mit sehr kleiner lichter Weite, also kleinem zusätzlichem schädlichen Raum, das Erschütterungen kaum überträgt, mit dem Kraftmaschinenzylinder verbunden werden.There are also a number of other for usability of the apparatus important measures taken: The device does not need like a ordinary indicator bolted directly to the engine cylinder in question to become, but can be distant from another, the tremors less exposed and easily observable location, e.g. B. at the machinist's booth and only through a flexible tube with a very small internal width, i.e. a small one additional harmful space that hardly transmits vibrations with the engine cylinder get connected.

Sofern das Druckmedium ein heißes Verbrennungsgas ist, wird eine leicht auswechselbare Vorlage angeordnet, welche ein oder mehrere öffnungen besitzt, die so verteilt sind, daß die heißen Gase nicht unmittelbar auf die Lauffläche des Kolbens treffen können, und welche außerdem den Zweck hat, Ruß und .sonstige unverbrannte Teile von der Lauffläche fernzuhalten. Diesem Zweck genügt z. B. ein kleines Loch in Kolbenachsenmitteder Vorlage. Statt einer Vorlage können auch mehrere vorgesehen und deren Löcher gegeneinander versetzt werden.If the pressure medium is a hot combustion gas, one becomes light interchangeable template arranged, which has one or more openings that are distributed so that the hot gases do not directly hit the running surface of the piston can meet, and which also has the purpose of soot and other unburned Keep parts away from the running surface. This purpose is sufficient z. B. a small hole in the center of the piston axis of the template. Instead of one template, several can be provided and their holes are offset against each other.

Um zu verhindern, daß Gase oder Kondensate, die hinter den Kolben gelangt sind, in das Innere des Instrumentes eintreten, sind hinter dem Kolben Hohlräume mit Abzuglöchern vorgesehen. In der Zeichnung kommt als Hohlraum der für die Feder F dienende Raum in Frage, die Abzuglöcher sind nicht dargestellt. Natürlich können auch mehrere solcher Hohlräume mit Abzuglöchern hintereinander geschaltet werden. Eine Verunreinigung der Vorrichtung, insbesondere ein Verrosten, kann also nicht eintreten. Bei den üblichen Indikatoren sind zwar auch Abzuglöcher vorgesehen: dort ist aber der Zweck, die Verhütung eines C'berdruckes auf der den Druckgasen abgekehrten Seite des Kolbens, ein Zweck, der indessen bei der vorgeschlagenen Vorrichtung keinerlei Rolle spielt.To prevent gases or condensates from getting behind the piston enter the interior of the instrument, there are cavities behind the piston provided with drainage holes. In the drawing, the cavity for the spring is used as the cavity F serving space in question, the drain holes are not shown. Of course you can several such cavities with drain holes can also be connected in series. A contamination of the device, in particular rusting, can therefore not occur enter. With the usual indicators there are also drainage holes: there but the purpose is to prevent overpressure on the one facing away from the pressurized gases Side of the piston, a purpose which, however, has no purpose whatsoever in the proposed device Role play.

Es ist ferner zweckmäßig, nur innerhalb desjenigen Bereiches, der mittlerem Kolbenzeitdrucke von Leerlauf bis Vollast entspricht, den Zeiger spielen zu lassen. Kolbenzeitdruckgrößen, die unter der Leerlaufgrenze liegen, sind ohne Belang. Damit aber beim Anstoßen in diesen Endlagen infolge der Trägheitswirkung der Schwungmasse keine zu großen Stöße entstehen, sind Puffer z. B. auf der Dämpferscheibe angeordnet. welche aus nachgiebigem Material bestehen. Durch ihre Einstellung kann der Meßbereich oder auch das Zeigerspiel nach Belieben verändert werden.It is also expedient only within the area that corresponds to the mean piston time pressure from idling to full load, play the pointer allow. Piston time pressure values that are below the idle limit are without Concern. However, when it hits these end positions as a result of the inertia effect the centrifugal mass does not cause excessive impacts. B. on the damper disc arranged. which are made of flexible material. Through their attitude can the measuring range or the pointer play can be changed as desired.

Um gute Ablesbarkeit und gleichzeitig Registriermöalichkeit zu erreichen, ohne daß das Instrument zu umfangreich ausfällt, wird für das Registrieren ein besonderes Schreiborgan vorgesehen, das seine Bewegung von einem zwischen Kolben und Schwungrad befindlichem Organ ableitet, das also die Kolbenbewegung noch nicht so stark vergrößert hat und demzufolge geringere Ausschläge als der zum direkten Ablesen dienende Zeiger macht. Dieser Schreibhebel spielt über einer Kreisscheibe, welche durch ein im Innern des Gehäuses angeordnetes Uhrwerk gedreht wird. Die Anordnung des Hebels ist so getroffen, daß beim Schließen der zum Instrument führenden Gasleitung der Hebel sich so einstellt, daß er vollständig außerhalb der Kreisscheibe sich befindet, wodurch es möglich wird, die beschriebene Kreisscheibe rasch gegen eine neue .auszuwechseln. Dies tritt ohne weiteres ein, wenn man die Papierbreite so wählt, daß sie nur ganz wenig über die dem Leerlauf entsprechende Stellung hinausgeht und wenn man bei Verwendung einer Kreisscheibe die Hebelverhältnisse so wählt, daß die Leerlaufstellung des Schreibhebels außen und die Volllaststellung innen an der Kreisscheibe sich befindet.In order to achieve good readability and at the same time registration facility, without the instrument being too extensive, the registration becomes a special one Writing element provided that its movement from one between the piston and the flywheel located organ, which does not increase the piston movement so much and therefore has smaller deflections than the pointer used for direct reading power. This writing lever plays over a circular disk, which is driven by an inside of the case arranged clockwork is rotated. The arrangement of the lever is like this hit that when closing the gas line leading to the instrument the lever adjusts itself so that it is completely outside the circular disk, This makes it possible to quickly replace the circular disk described with a new one. This occurs easily if one chooses the paper width so that it is only completely little goes beyond the position corresponding to idle and if one is in use a circular disc selects the lever ratios so that the idle position of the On the outside of the writing lever and the full load position is on the inside of the circular disk.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for determining the mean pressure occurring in the interior of the cylinder of piston engines in relation to the piston stroke, characterized by an organ (K) to be exposed to the variable pressure, e.g. B. piston, diaphragm, Bourdon tube o. The like. Which is connected to a flywheel mass of great inertia by non-positive transmission means with a constant transmission ratio in all positions of this organ, so that it practically remains at rest when determining the desired mean piston pressure. a. Device according to Claim i, characterized in that the element (I0) to be exposed to the gas pressure is connected to a fixed housing by a resilient element (U) which engages the flywheel at one end and whose elasticity is dimensioned so as to be inert Mass practically remains at rest during the rapid fluctuations that occur. 3. Apparatus according to claim i and a, characterized in that the flywheel mass is represented by a flywheel (S) oscillating about an axis. . Apparatus according to claims i and z, characterized in that a flat clock spiral spring which is arranged in a recess in the flywheel serves as the spring. 5. Apparatus according to claim i and z, characterized in that the spring is designed as an easily replaceable cylindrical helical spring arranged in the extension of the piston axis and acting directly on the piston rod. 6. Apparatus according to claim i and 2, characterized by means (gear, lever or intervertebral disk translation), by virtue of which the deflections are greatly enlarged transferred to the flywheel to enable a small flywheel and thus a handy instrument. 7. Apparatus according to claim i and 2, characterized by the inclusion of the flywheel or another auxiliary organ executing very large swings in a housing (G;) surrounding the same with very little play, so that damping is caused which is rapid without disturbing pendulums favored adjustment to a new equilibrium position. B. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that in order to keep excessively large pressure values away from the translation devices attached in front of the flywheel mass, a damper device (damper disc D) is connected to the organ exposed to the gas pressure, which back and forth in an oil-filled space able to move forward. 9. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that to avoid incorrect information due to wear and play of the translation members, a spring (F) is provided which acts directly on an organ exposed to the variable gas pressure in the direction of the gas pressure and is so dimensioned that, if the pressure drops below atmospheric pressure, pressure change does not occur at any of the transmission parts. i o. Device according to claim 1 and 2, characterized by a flexible tube of small internal width, which is used to connect the measuring device to the cylinder to be examined in order to avoid the transmission of vibrations to the device, which is in this way at some distance from can be set up on the cylinder. i i. Device according to claims 1, 2 and 10, characterized in that, when such a flexible intermediate piece is used, the organ exposed to the variable pressure is itself designed as a spring (membrane or Bourdon tube) in a manner known per se. 1-2. Apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that a template with small holes is arranged in front of the member exposed to the variable pressure in order to keep soot and other unburned parts from the latter. 13. The device according to claim i and 2, characterized in that when using a piston as a pressure member behind the same cavities are provided with drainage holes, which prevent gases or condensate from entering the interior of the device. 14. The device according to claim i and 2, characterized by means, by virtue of which the pointer cannot play over the entire time pressure range, but only over the pressure range corresponding to the area from full load to idle, whereby the scale division can be selected larger. 15. The device according to claim i, 2 and 14, characterized in that the stops, which prevent the pointer from playing outside the full load or idle limit, are adjustable and consist of flexible material. 16. The device according to claim i and 2, in which a registration member is provided, characterized in that the same increases the deflections of the organ exposed to the variable pressure significantly less than the flywheel. 17. The device according to claim i and 2 with registration strips, characterized in that the registration member (writing lever) automatically adjusts itself outside of the "registration surface" after the gas line has been completed, which makes it possible to easily replace the latter. 18. Device according to claims i and 2, characterized in that the division on the scale or also on the registration strip is made in such a way that the mean pressure related to the stroke for the machine type in question can be read directly.