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Verfahren zum Betriebe von doppelt wirkenden Viertaktgasmaschinen.
Bekannt ist ein Verfahren zum Betriebe von doppelt wirkenden und mehrzylindrigen
Viertaktmaschinen, bei dem die mit Gas betriebene Maschine in Reihenbauart mit Spülung
und Aufladung in der Weise arbeitet, daß die gesamte Luft durch den Kompressor unter
Druck gesetzt, aber während eines Teiles des Saughubes, damit das Ansaugen des Gases
möglich ist, abgedrosselt wird. Dieses Arbeitsverfahren hat bekanntlich den Vorteil,
daß eine besondere Spülluftleitung gespart wird, und daß nur sehr geringe bauliche
Änderungen gegenüber den Maschinen für normales Viertaktverfahren notwendig werden.
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Nimmt man bei derartigen Maschinen zur Erzeugung der Druckluft Kolbenpumpen,
die wegen ihres guten Wirkungsgrades und des leichten Zusammenbaues mit der Gasmaschine
in einer Achse hintereinander gegenüber den für Großgasmaschinen viel verwendeten
Gebläsen Vorteile bieten, so ist .eine verwickelte Steuerung notwendig, um die Fördermengen
dieser Kolbenpumpen zu regeln.
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Die Luftpumpe verdichtet die gesamte von der Gasmaschine benötigte
Verbrennungs- und Spülluft auf einen Druck 'von etwa o,2 Atm. Überdruck. Für den
Eintritt der Luft in den Arbeitszylinder der Gasmaschine sind drei Perioden zu unterscheiden:
die Spül-, Ansauge-und Aufladeperiode.
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Die Menge der während der Spülung in den Arbeitszylinder tretenden
Luft ist abhängig von dem zu dieser Zeit im Arbeitszylinder herrschenden Gegendruck,
und dieser richtet sich seinerseits nach dem Widerstand, den die Auspuffleitung
dem Ausströmen der verbrannten Gase entgegensetzt. Erfahrungsgemäß beträgt derselbe
bei voller Belastung etwa o,i Atm.' Überdruck. Infolge des geringen Druckunterschiedes
zwischen Luftleitung und Arbeitszylinder von höchstens o,z Atm. ist die Spülwirkung
gering und der Luftverbrauch zu dieser Zeit klein.
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Während des Saughubes tritt infolge der Drosselung ebenfalls nur wenig
Luft in den Zylinder. Die Eigenart des Arbeitsverfahrens erfordert eine scharfe
Drosselung der Lufteintrittsguerschnitte, damit das Gas, welches unter erheblich
niedrigerem Druck steht als die Luft, im Überschuß angesaugt werden kann.
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Die größte Menge der Verbrennungsluft tritt während der Aufladezeit
in den Zylinder. Zu Beginn dieser Zeit, am Ende des Saughubes, herrscht im Zylinder
ein Druck von o,9 Atm. abs. Der Unterschied zwischen diesem und dem Druck in der
Luftleitung beträgt also 1,2 - o,9 = o,3 Atm. Dieser verhältnismäßig große Druckunterschied
hat naturgemäß ein starkes Lufteinströmen zur Folge.
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Bei kleinen Belastungen und Leerlauf ist die große Aufladewirkung
unerwünscht, da sie eine starke Gemischverdünnung durch übergroßen Luftüberschuß
zur Folge hat. Ohne die Menge der der Maschine zugedrückten Luft zu beeinflussen,
wird nun erfindungsgemäß eine Verbesserung dadurch erreicht, daß durch Verlängerung
der Spülzeit über den größten Teil des Auspuffhubes der zu reichlich geförderten
Luft Gelegenheit gegeben wird, abzu-. strömen.
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Die Inanspruchnahme fast eines ganzen Hubes für die Spülung hat zur
Folge, daß bei der mit vier Zylinderseiten arbeitenden doppelt wirkenden Tandem-Viertaktmaschine
ein ununterbrochenes Spülen stattfindet, da bei jedem Hub auf irgendeiner der vier
Zylinderseiten
gespült wird. Auf diese Weise steht die Luftleitung
ständig mit der Auspuffleitung in Verbindung, und der Druck in der Luftleitung richtet
sich in höherem Maß als bisher nach dem Gegendruck der Auspuffleitung. Da nun aber
bei verminderter Leistung der Gegendruck der Auspuffleitung sinkt, so stellt sich
bei kleinen Belastungen auch von selbst ein niedrigerer Druck in der Luftleitung
ein, weil die Luft nun in größerem Maße während der Spülperiode abströmen kann.
Der verminderte Luftdruck hat dann eine Herabsetzung der Stärke der Aufladung, also
eine Verkleinerung der nutzbaren Luftladung zur Folge.
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An sich ist eine solche Spülweise bekannt, doch wurde in diesem Falle
ein Spülgebläse benutzt. Gebläse bedürfen infolge ihrer eigenartigen Arbeitsweise
zwar keiner Regelung, haben aber einen sehr schlechten Wirkungsgrad und sind nicht
mit der Gasmaschine organisch zu vereinigen.
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Zur Erläuterung und Unterscheidung des Arbeitsverfahrens gegenüber
Bekanntem dienen die Abb. = und 2. Abb. r zeigt einen Schnitt durch das Einlaßventil
und die Steuerung einer Gasmaschine, welche-mit dem Verfahren der Erfindung arbeitet.
Das Einlaßventil q wird in bekannter Weise von einem Nocken t angetrieben. Auf der
Spindel desselben sind die Schieber r für Luft und s für Gas befestigt. Der Kanal
i steht mit der Kolbenluftpumpe in Verbindung ; die Luft in ihm hat einen annähernd
gleichbleibenden Überdruck. Öffnet das Einlaßventil, so bleibt, wie in Abb. z veranschaulicht,
zunächst noch der Gaseintritt geschlossen, und es tritt ausschließlich Luft durch
Kanal i . in den Zylinder. Die Eröffnungskurven des Ein- und Auslaßventils sind
in Abb.2 gezeigt, und zwar m für das Auslaßventil und P, n für das Einlaßventil.
Bei Verwendung des strichpunktierten Einlaßnockens t, welcher dem bekannten Ladeverfahren
entspricht, gelten für das Einlaßventil die Kurven o, n. Die Kurven überlagern
sich um die Strecke x. Auf dieser Strecke sind sowohl Einlaß- wie auch Auslaßventil
geöffnet (vgl. die Kurve P). Die während dieser Zeit unter Überdruck eintretende
Luft hat Gelegenheit, die Verbrennungsrückstände durch das noch offene Auslaßventil
(vgl. Kurve an) zu
verdrängen, also zu spülen. Nachdem das Auslaßventil geschlossen
hat, öffnet das Einlaßventil weiter (vgl. Kurve n). Dabei verschließt der Luftschieber
r den Lufteintritt teilweise, so daß die Luft abgedrosselt wird, damit dann aus
dem durch Schieber s geöffneten Kanal Gas angesaugt werden kann. Beim Rückhub des
Einlaßventils schließt zunächst der Gasschieber s; darauf legt der Schieber y die
Eintrittsöffnungen für Luft wieder frei, so daß infolge Fortfalls der Drosselung
nunmehr mit dem vollen Druck der Luftleitung aufgeladen wird.
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Würde man eine mit einer derartigen Steuerung ausgerüstete Maschine
mit einer Kolbenpumpe für die Erzeugung der Spülluft ausrüsten, so wäre es notwendig,
die Spülluftpumpe mit einer besonderen Regelung zu versehen, damit sich die Fördermenge
dem bei verringerter Leistung verminderten Verbrauch an Verbrennungsluft anpaßt.
Diese Regelung kann gespart werden, wenn dafür gesorgt wird, daß die bei kleinen
Leistungen für die Ladung nicht benötigte Luft durch den Arbeitszylinder in die
Auspuffleitung abströmen kann. Zu dem Zwecke wird das Arbeitsverfahren so betrieben,
daß der Eintritt der Spülluft sehr früh, schon im ersten Teil des Ausschubhubes
beginnt. Je nach Größe des Gegendruckes in der Auspuffleitung wird dann mehr oder
weniger Luft während der Spülzeit durch den Zylinder strömen, und zwar bei großen
Belastungen der T Maschine weniger, bei kleineren entsprechend dem geringeren
Gegendrucke mehr. Da die Kolbenluftpumpe stets gleichbleibende Luftmengen fördert,
wird also bei kleinen Belastungen für die Ladung weniger Luft zur Verfügung stehen.
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Die Durchführung des Arbeitsverfahrens ist mit einfachen Mitteln möglich;
beispielsweise kann der Nocken t mit einem Vornocken v
versehen werden.
Die Eröffnungskurve des Einlaßventils wird durch die Kurven P, n verdeutlicht, und
die Spülzeit entspricht der Strecke x.
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Das Einlaßventil q hat für alle Belastungen gleichbleibenden Hub,
ebenso das auf der Einlaßventilspindel sitzende Gasventil s. Die Gasregelung geschieht
durch Verstellung der Drosselklappe in der Gasleitung, welche unter dem Einfluß
des Reglers steht.