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Verfahren zur Einstellung eines bestimmten -spezifischenWärmeinhaltes
der Ladung von Verpuffungskammern, insbesondere für $rennkraftturbinen Vorliegende
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Verpuffkammern, wie sie insbesondere für
Brenlikraftturbinen Verwendung finden, infolge ihres eigenartigen Betriebsverfahrens
im Gegensatz zu mit getrennter Einführung von Luft und Brennstoff in den Verbrennungsraum
arbeitenden Kolbenbrennkraftmaschinen, bei denen das Verdichtungsvolumen unveränderlich
ist, so daß sich infolge der in Anpassung an die wechselnde Belastung erforderlichen
Änderungen der eingespritzten Brennstoffmenge der spezifische Wärmeinhalt der Ladungen
ändert, die Möglichkeit gewähren, diesen spezifischen Wärmeinhalt der Ladungen konstant
zu halten. Ein konstanter, spezifischer Wärmeinhalt hat nämlich den Vorteil, daß
die Temperatur der erzeugten Verbrennungsgase unabhängig vom Belastungszustand der
Maschine konstant bleibt und daß demgemäß die Strahlgeschwindigkeiten praktisch
gleichbleiben, weil der Einfluß der durch Belastungsänderungen eintretenden Änderungen
des Druckgefälles auf die Strahlgeschwindigkeiten bedeutend geringer ist als der
Einfluß des spezifischen Wärmeinhaltes, so daß man praktisch von einer Gleichhaltung
der Strahlgeschwindigkeiten durch Gleichhaltung des Wärmeinhaltes sprechen kann;
einen verhältnismäßig geringen Einfluß hat auch die Verschiedenartigkeit in der
Zusammensetzung des Brennstoffes und die durch Verbrennung eintretende Kontraktion
des Brennstoffes infolge chemischer Reaktionen. Die Gleichhaltung der Strahlgeschwindigkeiten
aber hat den Vorteil, daß sich der Radwirkungsgrad unverändert- auf derselben Höhe
erhält, die man ohne die Gleichhaltung des spezifischen Wärmeinhaltes nur für einen
einzigen Belastungsfall, insbesondere also für Vollast, erreichen und bei ihr einhalten
konnte. Die Möglichkeit, bei Brennkraftturbinen denselben spezifischen Wärmeinhalt
,der Ladung, d. h. konstante Sättigung eines Normalkubikmeters Luft mit Brennstoff
herbeiführen zu können, Zoobei unter Normalkubikmeter ein Kubikmeter Luft, bezogen
auf o° C und 760 mm Barometerstand verstanden wird, beruht dabei auf dem
Umstand, daß beim Betrieb bzw.. der Regelung von Verpuffungskammern nicht nur die
Brennstoffördermengen, sondern auch,, wie bereits-erwähnt, die Zustandsbedingungen
der Ladeluft verändert werden; insbesondere wird bekanntlich in Durchführung der
Regulierungsvorgänge der Druck der Ladeluft verändert.
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Auf diesen Erkenntnissen aufbauend, kennzeichnet sich vorliegende
Erfindung dadurch, daß derselbe spezifische Wärmeinhalt der Ladung durch Veränderung
der Brennstoffördermenge mittels des jeweiligen Ladeluftdruckes unabhängig von dessen
Höhe eingestellt wird.
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Eine Beeinflussung der Brennstoffördermenge durch den Geschwindigkeitsregler,
wie
sie bei Kolbenbrennkraftmaschinen bekannt und üblich ist, würde
nicht zum Ziele führen, da Drehzahlschwankungen und in Durchführung des Regulierungsverfahrens
erfolgende Veränderungen des Ladeluftdruckes asynchron verlaufen; hiermit hängt
es zusammen, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagene, selbsttätige Beeinflussung
der Brennstofffördermengen in Abhängigkeit vom Ladeluftdruck weit empfindlicher
ist, als eine Beeinflussung durch Drehzahlschwankungen, selbst wenn es gelingen
würde, durch Anordnung von Kurvenscheiben o. dgl. den Synchronismus herbeizuführen,
weil beim erfindungsgemäßen Verfahren die Beeinflussung unmittelbar ist, während
sie in allen anderen Fällen stets mittelbar erfolgt. Schließlich würde eine Beeinflussung
der Brennstoffördermenge durch den Geschwindigkeitsregler der Turbine nicht zu der
Sicherheitsmaßregel werden, zu der die Anwendung des gemäß vorliegender Erfindung
vorgeschlagenen Verfahrens führt. Sobald nämlich Störungen in der Zufuhr der Ladeluft
eintreten, wird erfindungsgemäß die Brennstoffördermenge entsprechend selbsttätig
beeinflußt; hört beispielsweise die 'Zufuhr von Ladeluft auf, so werden die Brennstoffördermengen
gleich 1u11. Es wird also einer Überschwemmung der Verpuffungskammern mit Brennstoff
vorgebeugt, während beispielsweise bei einer Beeinflussung in Abhängigkeit von der
Drehzahl trotz völligen Stillstandes der Ladeluftzufuhr infolge des Auslaufes der
Turbine und der mit ihr gekuppelten, umlaufenden Drehkörper nach wie vor eine Weiterförderung
des Brennstoffes und damit eine unzulässige Auffüllung der Verpuffungskammern mit
Brennstoff eintreten würde, welche sich bei Wiederbeginn der Ladeluftzufuhr zur
erheblichen Betriebsgefahr auswächst.
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Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die Brennstoffördermengen
in Abhängigkeit vom Ladeluftdruck einzustellen; in diesen Fällen erfolgte jedoch
die Verstellung der Brennstoffördermenge stets von Hand und nicht, wie erfindungsgemäß
vorgeschlagen wird, mittels der durch den Druck der Ladeluft bzw. durch die Änderung
des Druckes ausübbaren Kraftwirkungen selbsttätig. Weiter hat man bei Zweitaktmaschinen
die Druckänderungen der Ladeluft dazu benutzt, bei Erreichung eines bestimmten Spül-
oder Ladedruckes die Brennstoffpumpen völlig abzustellen, so daß die bekannte Einrichtung
nur als Sicherheitsregler wirkte, bei dem an die Stelle erhöhter Drehzahl der hiermit
synchron verlaufende Druck der Spül- oder Ladeluft tritt. Man hat weiter schon die
Änderung des Ladeluftdruckes zur Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes benutzt,
um eine Späterverlegung des Einspritzvorganges mit steigender Vorverdichtung zu
erreichen; mit der bekannten Einrichtung wird also eine Aufgabe gelöst, die verschieden
von der vorliegenden Erfindung ist. Schließlich ist es bei Kolbenbrennkraftmaschinen
mit gemeinsamer Zuführung von Luft und Brennstoff in den Verbrennungsraum bekanntgeworden,
außer der Brennstoffmenge auch die zugeführte Luftmenge, beispielsweise durch in
der Ansaugleitung vorgesehene Drosselklappen, zu ändern. Die Aufgabe dieser Einrichtung
ist aber lediglich die Beseitigung zu reicher oder zu armer Gemischbildung, bei
der bekanntlich Fehlzündungen eintreten. Eine Notwendigkeit, den spezifischen Wärmeinhalt
des Gemisches zur Gleichhaltung der Strahlgeschwindigkeit und damit zur Erhaltung
des günstigsten Verhältnisses der Strahlgeschwindigkeit zur Umlaufgeschwindigkeit
des Turbinenlaufrades gleichzühalten, bestand dagegen bei diesen mit gemeinsamer
Zuführung von Luft und Brennstoff in -den Verbrennungsraum arbeitendenKolbenbrennkraftmaschinen
nicht.
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Die Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kennzeichnen sich zweckmäßig durch unter dem Einfluß des veränderlichen Ladeluftdruckes
über Kolben, Membranen o. dgl. bewegte Verstellkörper, die mit den die Brennstoffördermengen
bestimmenden Organen gekoppelt sind, so daß in Abhängigkeit vom Ladeluftdruck Brennstoffördermengen
eingestellt. werden, welche einen bestimmten spezifischen Wärmeinhalt der Ladungen-
einstellen, der unabhängig von den Änderungen des Ladeluftdruckes durch entsprechende
Veränderung der Brennstofffördermengen, mindestens über den Regulierungsbereich
konstant bleibt. Die die Brennstoffördermengen bestimmenden Organe sind dabei die
Steuerungseinrichtungen der Ventile oder Schieber bei gasförmigen Brennstoffen,
die den wirksamen Plungerhub bestimmenden Vorrichtungen in Brennstoffpumpen bei
flüssigen Brennstoffen sowie die Einrichtungen, welche bei festen, insbesondere
staubförmigen Brennstoffen die Brennstoffdurchgangsmengen bestimmen, die also beispielsweise
den Inhalt des Schleusenraumes verstellen. Bei Brennstoffpumpen für flüssige Brennstoffe
können die unter dem Einfluß des veränderlichen Ladeluftdruckes über Kolben, Membranen
o. dgl. bewegten Verstellkörper vorzugsweise eine exzentrisch gelagerte Welle verdrehen,
welche den Schwingungsmittelpunkt, insbesondere vom Pumpenplunger aus zu betätigender,
das Überströmorgan der Pumpe steuernder Schwinghebel, bildet. Durch die Verlagerung
des Schwingungsmittelpunktes wird das Überströmorgan, je nachdem ob zur Einstellung
des bestimmten, mindestens über den
Regulierungsbereich konstanten,
spezifischen Wärmeinhaltes der Ladung die Brennstofffördermenge vergrößert oder
verkleinert werden muß, später oder früher geöffnet, wenn der Schluß der Brennstofförderung
verändert wird; die umgekehrten Verhältnisse treten auf, wenn das den wirksamen
Plungerhub bestimmende Überströmorgan den Beginn des wirksamen Plungerhubes verändert.
Was für das Überströmorgan ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß für sämtliche in
gleicher Weise wirksamen Organe beispielsweise dann, wenn das Saugventil gleichzeitig
die Wirkungsweise eines Überströmventils ausübt. Eine derartige Vorrichtung verlangt
jedoch die Anordnung einer besonderen Steuereinrichtung, um den unter dem Einfluß
des wechselnden Ladeluftdruckes bewegten Kolben, die Membran o. dgl. aufzunehmen.
In weiterer Durchführung der Erfindung können diese Steuereinrichtungen mit den
die Brennstofffördermenge bestimmenden Organen unmittelbar vereinigt werden. So
kann beispielsweise in einer Brennstoffpumpe der unter dem Einfluß des veränderlichen
Ladeluftdruckes über einen Kolben bewegte Verstellkörper in. der Brennstoffpumpe
selbst angeordnet sein und den Träger des Drehzapfens bilden, um den ein vorzugsweise
vom Pumpenplunger aus betätigter, das Überströmorgan der Pumpe steuernder Schwinghebel
schwingt. Hierdurch treten dieselben Verhälnisse auf, als ob die bereits erwähnte,
exzentrisch gelagerte, den Schwingungsmittelpunkt des Schwinghebels bildende Welle
verdreht wird, da der Drehzapfen als Teil des Verstellkörpers, der zweckmäßig mit
dem unter dem Einfluß des veränderlichen Ladeluftdruckes bewegten Kolben ein Stück
bildet, seine Lage in bezug auf das zu betätigende Überströmorgan ändert. Was für
eine Brennstoffpumpe ausgeführt ist, gilt sinngemäß für die Einrichtungen zur Einführung
gasförmiger und fester Brennstoffe in die Verpuffungskammern, insbesondere von Brennkraftturbinen.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens.
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Abb. i zeigt die Anordnung erfindungsgemäß ausgebildeter Vorrichtungen
an einer Verpuffungsbrennkraftturbine, während Abb.2 eine Seitenansicht auf die
Vorrichtung nach Abb. i in vergrößertem Maßstab wiedergibt.
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Abb. 3 stellt eine gegenüber Abb. 2 vereinfachte Ausführung der Vorrichtung
am Längsschnitt durch eine Brennstoffpumpe für flüssige Brennstoffe dar. ' In Abb.
i bezeichnet z eine mit acht Verpuffungskammern ausgerüstete Ölturbine, deren Betriebsverfahren
erfindungsgemäß so gehandhabt werden soll, daß durch selbsttätige Beeinflussung
der Brennstoffördermenge in Abhängigkeit vom Ladeluftdruck ein konstanter, spezifischer
Wärmeinhalt der Ladung erhalten wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens sind folgende
Einrichtungen getroffen worden. Wie Abb. 2 zeigt, ist. ein Schwinghebel 2 der Brennstoffpumpe
3, die im übrigen gemäß Abb. 3 ausgebildet ist, mittels einer Büchse 4 um eine Welle
5 gelagert. Die Welle 5 ihrerseits ist um exzentrisch angeordnete Zapfen 6 v erdrehbar.
Das freie, gabelförmig ausgebildete Ende des Schwinghebels 2 ist an die Geradführung
7 des Brennstoffpumpenplungers 8 angelenkt und macht infolgedessen deren rhythmisch
auf und ab gehende Bewegung mit. Diese Bewegung wird in üblicher Weise durch einen
in Abb. i gezeichneten Antrieb über einen besonderen Antriebsmotor @g hervorgerufen.
Die Zapfen 6, um welche die Welle 5 exzentrisch gelagert ist, sind beispielsweise
über Vierkante und Vierkantausnehmungen mit einem Lenker io starr verbunden, der
mit der Kolbenstange i i in gelenkiger Verbindung steht. Die Kolbenstange ii trägt
einen im Zylinderre geführten Kolben 13. Der Kolben 13 steht auf der einen Seite
unter dem Einfluß einer in bestimmter Weise bemessenen Druckfeder 14, auf der anderen
Seite über Rohrleitung 15 unter dem Einfluß des Ladeluftdruckes. Die Rohrleitung
15 mündet nämlich in die Rohrverbindung 16 ein, welche einerseits mit dem nicht
gezeichneten Verdichter für die Ladeluft, andererseits mit dem Ringraum 17 in Verbindung
steht, welcher die Ventilkörbe der nicht gezeichneten Ladeluftventile aufnimmt.
Der Raum 18 .unter dem Kolben 13 steht also unter dem unmittelbaren Einfluß des
Ladeluftdruckes. Der gabelförmige Schwinghebel 2 trägt bei 1,9 eine Rolle, welche
über den Stößel2o aus übliche, in Abb.3 näher erläuterte Überströmorgane der Brennstoffpumpe
3, betätigt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende. Der
Kolben 13 nimmt unter dem Einfluß des Druckes der Feder 14 einerseits, des Druckes
der Ladeluft andererseits eine bestimmte Stellung ein. Über Kolbenstange i i und
Lenker io nimmt also auch die exzentrisch gelagerte Welle 5 eine bestimmte Stellung
ein, so daß über Büchse 4 Schwinghebel 2 um einen bestimmten Schwingungsmittelpunkt
schwingt. Entsprechend diesem bestimmten Schwingungsmittelpunkt öffnet sich das
Überströmorgan unter dem Einfluß des Stößels 2o und der Rolle ig in bestimmten Zeitpunkten,
so daß der wirksame Plungerhub und damit die Brennstoffördermenge ebenfalls bestimmte
Werte annehmen. Durch entsprechende Wahl der Bohrung des Zylinders 12 und durch
Bemessung der Druckfeder
14 hat man es dabei in der Hand, bei einem
bestimmten Ladedruck diej enige Brennstoffördermenge einzustellen, welche den gewünschten,
spezifischen Wärmeinhalt der Ladung von etwa beispielsweise 40o kcal verbürgt. Sobald
sich nun der Ladeluftdruck ändert, verändert sich auch die Stellung des Kolbens
13 und damit über die Exzenterwelle 5 die eingestellte Brennstoffmenge. Die in Betracht
kommenden Einflußgrößen, Länge des Lenkers, Exzentrizität der Welle 5, Hebelarmverhältnisse
des Schwinghebels 2 usw., können dabei so abgestimmt werden, daß sich wiederum derselbe
konstante spezifische Wärmeinhalt der Ladung bei diesem geänderten Ladeluftdruck
einstellt.
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Was für die Brennstoffpumpe 3 ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß
für die Brennstoffpumpen 3', 3", welche den übrigen Verpuffungskammern der Brennkraftturbine
zugeordnet sind. Für die einzelnen Büchsen 4, 4', 4" usw. kann jedoch eine gemeinsame
Ex= zenterwelle 5 vorgesehen sein, welche über einen für alle Pumpen gemeinsamen
Lenker io, eine gemeinsame Kolbenstange ii und einen gemeinsamen Kolben
13 gesteuert wird.
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Abb.3 zeigt die Brennstoffpumpe -nach Abb.2 in vergrößertem Maßstabe
mit dem Unterschied, daß der unter dem Einfluß des veränderlichen Ladeluftdruckes
über Kolben, Membranen o. dgl. bestimmte Verstellkörper nicht mittelbar den Schwingungsmittelpunkt
des Schwinghebels über eine Exzenterwelle o. dgl. verlegt, sondern unmittelbar den
Drehzapfen, um den der Schwinghebel schwingt; aufnimmt, mit dem durch den veränderlichen
Ladeluftdruck bewegten Kolben ein Stück bildet und in der Brennstoffpumpe selbst
angeordnet ist. Mit den Bezeichnungen der Abb. i und 2 ist also 13 der Kolben, der
unter dem Einfluß des über Leitung 15 zugelassenen Ladeluftdruckes gegen Wirkung
der Feder 14 in seiner Stellung veränderlich ist und hierbei den Schwingungsmittelpunkt
2i, um den der S.chwinghebel2 schwingt, zwischen der ausgezogenen und der strichpunktiert
gezeichneten Lage verlegt. Hierdurch ändert sich der Zeitpunkt, in dem die Rolle
i9 über Stößel 2o gegen Wirkung der Feder 22 das Überströmventil 23 eröffnet. Indem
Augenblick der Eröffnung des Überströmventils 23 wird der Förderraum 24 vom Förderdruck
entlastet, so daß die Brennstofförderung über Druckventil a5 und zu einer Verpuffungskammer
führende Förderleitung 26 aufhört. Je nach den Stellungen des Kolbens 13 also, die
unter dem Einfluß des wechselnden Ladeluftdruckes verschieden sind, ändert sich
die geförderte Brennstoffmenge, wobei sie durch Abstimmung aller Einflußgrößen so
groß ausfällt, daß sich bei diesem Ladeluftdruck ein bestimmter, konstanter, spezifischer
Wärmeinhalt der Ladung über den durch die möglichen Lagenveränderungen des Schwingungsmittelpunktes
21 gegebenen Regulierungsbereich einstellt. Über ein Handrad 27 bzw. über den nachstellbaren
Federteller 3o kann die erforderliche Feinabstimmung vorgenommen werden. Eine Geradführung
28, 29 verhindert bei Betätigung des Handrades 27 eine Verdrehung des Kolbens 13.
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Was am Ausführungsbeispiel einer Brennstoffpumpe für flüssigenBrennstoff
ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß für Brennstofffördervorrichtungen von gas-
und staubförmigen Brennstoffen.