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Gasmaschine, die mit Einrichtung zum Übergang auf den Betrieb mit
flüssigem Brennstoff versehen ist Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasmaschinen,
welche mit heizschwachen oder in ihrem Heizwert schwankenden Gasen betrieben werden.
Dies trifft besonders zu bei Generatorgas, dessen Heizwert an sich gering ist und
dessen Heizwert unmittelbar nach dem Ingangsetzen und während verminderter Belastung
sowie kurz danach weiter vermindert ist; ferner für Erdgas, dessen Heizwert sowohl
infolge von veränderlichem Druck als von veränderlicher Zusammensetzung in sehr
weiten Grenzen schwankt, bei dem sogar mit zeitweise völligem Ausbleiben zu= rechnen
ist. Der Gasmotor wird daher in an sich bekannter Weise mit einer Einrichtung zum
Betrieb mit flüssigen Brennstoffen versehen. Der Flüssigkeitsbetrieb soll allein
oder zusammen mit dem Gasbetrieb zur Deckung von Belastungsspitzen herangezogen
werden, die mit dem heizschwachen Gas allein nicht überwunden werden könnten, sowie
zum Ausgleich für das Nachlassen der Maschine bei Verminderung des Heizwertes des
Gases oder beim Ausbleiben des Gases.
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Gemäß der Erfindung vollzieht sich nun der Übergang vom Gasbetrieb
auf den Gas-und Flüssigkeits- oder reinen Flüssigkeitsbetrieb lediglich durch den
Maschinenregler, der in weiten Grenzen statisch ausgebildet ist und innerhalb eines
gewissen Drehzahlbereiches die Maschine in. der üblichen Weisse durch Änderung der
Gaszufuhr regelt, unterhalb dieses Drehzahlbereiches den flüssigen Brennstoff zuschaltet.
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Der wechselnde Betrieb mit gasförmigem und flüssigem Brennstoff ist
zwar an sich bekannt, bisher hat man jedoch die Umschaltung nur von Hand vorgenommen,
wodurch erhöhte Kosten der Überwachung entstehen und der flüssige Brennstoffbetrieb
außerdem vielfach zu spät eingeschaltet wird. Auch hat man vorgeschlagen, eine Maschine
mit einer schwachen, gleichbleibenden Gasladung zu speisen, die dann künstlich entzündet
wird, worauf in die brennende Ladung eine vom Regler beeinflußte flüssige Brennstoffladung
eingespritzt wird. Von dieser letzteren Betriebsweise unterscheidet sich das vorliegende
Verfahren dadurch, daß es die von der Maschine jeweils verlangte Arbeit so weit
wie möglich mit dem billigeren Gas deckt und den teureren flüssigen Brennstoff nur
als Behelf heranzieht.
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Die Zuführung des flüssigen Brennstoffes bei Ausführung der Erfindung
kann entweder dadurch geschehen,, daß er in einem Vergaser der Verbrennungsluft-
während des Saughubes beigemengt wird (insbesondere Leichtöl), oder
dadurch,
daß er in den Verbrennungsraum eingespritzt wird (Leichtöl oder Schweröl). Wesentliches
Erfindungsmerkmal ist nun, daß der Regler bei fallender Motordrehzahl zunächst in
üblicher Weise durch entsprechende Ausbildung und Beeinflussung der Regelungsorgane
die Gas- und Luftquerschnitte verändert und dann, von einer bestimmten Drehzahl
bzw. Belastung an, eine wachsende Flüssigkeitsladung einstellt. Während also der
Motor im Betrieb etwa bis zur Vollast mit Gas arbeitet, wird bei überlast eine Flüssigkeitsbeimengung
und damit eine Heizwertsteigerung der Ladung erfolgen. Bei Inbetriebsetzung des
Motors, aber noch nicht betriebsfertigem. Gaserzeuger, wird sich dabei zunächst
ein. reiner Flüssigkeitsbetrieb einstellen, da der Regler bei fehlender Gaszufuhr
zwangläufig in seine unteren Lagen sinkt. Infolgedessen ist in weiterer Durchführung
der Erfindung die Charakteristik des Reglers so bestimmt, daß er auch innerhalb
des reinen Flüssigkeitsbereiches stabile Regelung in allen Belastungsstufen gewährleistet,
so daß der Motor also auch ohne Gaszufuhr als reine Flüssigkeitsmaschine arbeiten
kann.
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Nur Deinige flüssige Brennstoffe gestauten ohne weitere Anpassung
einen Wechselbetrieb mit Gas, so z. B. Benzol. Andere Brennstoffe dagegen verlangen
zum Teil eine niedere Verdichtungstemperatur, um bei Verpuffungsbetrieb eine Frühzündung
zu vermelden, oder aber höhere Verdichtungstemperatur, um bei Einspritzbetrieb sichere
Selbstzündung zu gewährIe@sten.
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Die Erfindung zeigt die Möglichkeiten, um diese Anpassung zu verwirklichen.
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Soll beispielsweise ein Gasmotor-erfindungsgemäß auch mit Benzin betrieben
und vor allem mit Benzin angesetzt werden können, so geschieht die Erniedrigung
der Verdichtungsendtemperatur etwa durch Schluß des Lufteinlaßventils weit vor dem
Endtotpunkt des Saughubes. Dementsprechend erhält man eine niedrigere Verdichtung
und schließt die Gefahr ungewollter Frühzündung aus; umgekehrt könnte bei erfindungsgemäßem
Wechselbetrieb mit Rohöleinspritzung während des Gasbetriebes durch den frühen Schluß
des Lufteinlaßventils niedrigere Verdichtungstemperatur gegenüber dem Rohöleinspritzbetrieb
erzielt werden. Das letzte Verfahren hat allerdings den Nachteil einer gewissen
Überdimensionierung des Motors. Die Erhöhung der Verdichtungstemperatur bei Rohöleinspritabetrieb
gegenüber Gasbetrieb kann aber auch durch Vorverdichtung der Luft mittels eines
besonderen Gebläses herbeigeführt werden oder auch durch Vorerwärmung der Luft oder
auch durch. beides, so daß die Anfangstemperatur des Verdichtungshubes und dementsprechend
auch die Endtemperatur höhergelegt werden.
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Der erreichte technische Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin,
daß der Gasmotor nicht mehr wie bisher im Hinblick auf zeitweises Schlechterwerden
des Gases überbemessen werden muß, da ein. zeitweise geringerer Heizwert des Gases
durch Flüssigkeitsbeimengung ohne Umstände ausgeglichen werden kann. Infolgedessen
braucht der Motor gemäß der Erfindung auch nicht mit verhältnismäßig luftarmen Gemischen
zu arbeiten. Diese luftarmen Gemische führen leicht zur Überhitzung des Motors und
zwingen zur Anwendung niederer Verdichtungsdrücke, die ihrerseits den thermischen
Wirkungsgrad ungünstig beeinflussen. Erfindungsgemäß kann viehmehr mit luftreichen
Gemischen gearbeitet werden; so daß der Motorraum verhältnismäßig kühl bleibt und
der Selbstzündungspunkt des Gemisches hoch liegt, infolgedessen recht hohe Verdichtungen
mit entsprechend hohem thermischem Wirkungsgrad zur Anwendung gelangen.
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Die Zeichnungen zeigen einige Beispiele zu dieser Erfindung in schematischer
Darstellung.
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Abb. i stellt eine Maschine mit wechselweisem Gas- und Flüssigkeitsbetrieb
dar. Abb: 2 zeigt das gleiche, _ jedoch mit einer zusätzlichen Regelung für die
Gaszufuhr, welche das Gas bei wachsender Flüssigkeitsladung mehr und mehr absperrt.
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Abb.3 zeigt die Zumessung von Gas, Öl und Luft in Abhängigkeit vom
Reglerhub. Abb. q. stellt ,eine Vorrichtung zur Erwärmung der angesaugten Luft dar.
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Abb.5 gibt bndikatordiagramme wieder, um die Änderung des Verdichtungsverhältnisses
zu veranschaulichen.
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Abb. 6 zeigt den Zusammenbau einer Gasöhnaschine mit einem Zusatzgebläse
zwecks Erhöhung der Ansaugetemperatur in der Brennkraftmaschine.
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Abb.7 gibt Indikatordiagramme wieder, welche den Arbeitsvorgang nach
Abb.6 erläutern.
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In der Abb. i zeigt a .eine Brennkraftmaschine für wechselweisen Gas-
und Ölbetrieb, ; welche mit dem Einlaß- und Mischventil b versehen ist. Zu, diesem
"Ventil führen die Gas- und Luftleitungen c und d. Der Hub des Ventils b wird durch
eine vom Reglere betätigte Stelze/ verändert. Die Punkte g i sind feste Drehpunkte
des Reglergestänges. Die -eigentliche Betätigung des Ventils b erfolgt in bekannter
Weise von der Nockenwelle h" aus. Der Regler wirkt über das Ge# stände
i auch auf das überströmventil k der Treibölpumpe m.
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Die Regelung ist so gedacht (siehe auch.
Abb. 3),
daß die Brennkraftmaschine zunächst als reine Gasmaschine arbeitet, daß man sie
aber willkürlich oder durch Ausbleiben der Gaszufuhr gezwungen auf Ölbetrieb umschalten
kann. Wenn z. B. die Gaszufuhr abgeschnitten wird, so wird bei gleichbleibender
Belastung der Brennkraftmaschine der Regler sinken und stellt nun gemäß Abb.3 mehr
und mehr Öl ein, bis das Gleichgewicht zwischen Antriebsleistung und Belastung wiederhergestellt
ist. Dabei ist daran gedacht, daß die Treibölpumpe den Brennstoff direkt in den
Zylinder einspritzt. Sinngemäß kann natürlich der Regler in seinen tiefsten Lagen
die Drossel zu einem Vergaser mehr und mehr öffnen, so daß also in letzterem Falle
der Zylinder statt mit einem Gas-Luft- mit einem Benzindampf-Luft-Gemisch arbeitet.
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Aus der Abb. i geht die NVi.rkungsweise der Regelung klar hervor.
Der Regler ist etwa in der Stellung gedacht, welche dem Punkt A in- Abb. 3 entspricht.
Die Gaszufuhr hat beinahe ihren höchsten Stand erreicht. Andererseits hat der Hebeln
an der Regelung der Brennstoffpumpe eine solche Lage, daß das überströmventil k
bei der tiefsten Stellung des Plungers o gerade abschließt. Senkt sich die Reglermuffe
unter die in Abb. i gezeichnete Stellung, so wird das überströmventil während des
Druckhubes einige Zeit geschlossen bleiben, die Brennstoffpumpe kann also nun Öl
fördern. Steigt die Drehzahl, so daß sich die Reglermuffe über den gezeichneten
Stand hebt, so erhält der Hebeln an der Brennstoffpumpe eine Stellung, daß das Überströmventil
in jeder Lage des Plungers geöffnet ist, daß die Pumpe also nicht fördert.
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Da es vielfach unerwünscht ist_, während des Ölbetriebes die Gaszuleitung
offen zu halten, so kann man vorteilhaft nach der Erfindung die Regelung der Maschine
weiter so ausgestalten, daß mit wachsender Ölladung die Gasleitung mehr und mehr
gedrosselt wird. Dies wird in der Abb. a veranschaulicht. Mit der Stelze/ ist ein
weiterer Hebel p verbunden, der über die Stange q und den Hebel r die Drosselklappe
s betätigt. Dabei will die Federt den Hebelr gegen den Anschlag u ziehen, die Drosselklappe
also möglichst-weit offen halten. Die obere Schlaufe an der Stange q bewirkt, daß
bei Höhergehen der Reglermuffe (Gasbetrieb) die Drosselklappe unverändert offen
bleibt. Senkt sich dagegen die Reglermuffe (Ölb.etri@eb), so schließt sich die Drosselklappe
mehr und mehr.
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Die vorbeschriebene Regelung bezieht sich sowohl auf den Betrieb einer
Brennkraftmaschine mit leicht zündbarem Gas-Luft-Gemisch und einem niedrig siedenden
Öl, z. B. Benzin, als auch auf den Betrieb mit einem schwer zündbaren Gas-Luft-Gemisch
und einem höher siedenden Öl, z. B. Gasöl. Bei beiden Verfahren kann nämlich die
Verdichtung für Gas- und Ölbetrieb gleichgehalten werden. Will man aber die gleiche
Maschine wechselweise für leicht zündliche Gas-Luft-Gemische und höher siedendes
Öl verwenden, so muß man auch die Verdichtungstemperatur ändern. Dies kann erfindungsgemäß
z. B. dadurch geschehen, daß in Abhängigkeit vom Regler eine Heizvorrichtung, z.
B. eine elektrische Heizspinale, mit der angesaugten. -Luft in Verbindung gebracht
wird.
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Die Abb. q. gibt ein Ausführungsbeispiel dazu. In der Luftansaugeleitung
w ist eine elektrische Heizspirale x eingebaut. In den Stromkreis dieser Spirale
sind eingeschaltet: Die Batterie y. der Handschalter z und der vom Regler zu betätigende
Kontakt a'. In den tiefsten Lagen der Reglermuffe ist dieser Kontakt geschlossen,
und die Heizspirale erwärmt die Ansaugeluft, so daß die Verdichtungsendtemperatur
hoch genug ist, um das eingespritze Gasöl zu entzünden. Hat man statt Gasöl ein
leichter siedendes Öl, z. B. Benzin, zur Verfügung, so ist keine Vorerwärmung der
Luft nötig, und man schaltet den Handschaltern aus.
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Gemäß Abb. 5 kann. die Änderung der Verdichtungstemperatur auch dadurch
bewirkt werden, daß man das Einlaßventil in bekannter Weise während des letzten
Endes des Ansaugehubes geschlossen hält gemäß dem Diagramm b' (Gas- und Benzinbetrieb).
Bleibt das Einlaßventil dagegen über den ganzen Hub der Maschine offen, so hat man
gemäß dem Diagramm e' hohe Verdichtungstemperaturen (Gasölbetrieb). Schließlich
kann man die Verdichtungstemperaturen dadurch ändern, daß man die angesaugte Luft
vorverdichtet. In der Abb. 6 ist k' die Brennkraftmaschine, m' ein Vorverdichter,
der die Luft durch die Leitung d' in die Brennkraftmaschine überschiebt. Der Vorverdichter
wird mittels der elektromagnetischen Reibkupplung e' an die Maschinenwelle bei der
Umschaltung auf Gasöl angekuppelt. Dies geschieht ähnlich wie in Abb. q. dadurch,
daß der Regler mittels des Kontaktes f' in seinen tiefsten Lagen den durch die Magnetspule
und die Batterie g' gebildeten Stromkreis schließt. In der Abb.7 sind die dieser
Regelung entsprechenden Indikatordiagramme wiedergegeben, und zwar gelten die Kurve
h' für den Betrieb bei ausgeschaltetem Vorverdichter (Gasbetrieb) und die Kurve!'
für den Betrieb mit Vorverdichter (Gasölbetrieb).