-
Brennstoffpumpe für Verpuffungskammern, deren Spielzahl Änderungen
unterworfen ist Werden bei einer- Kolbenbrennkraftmaschine die einzelnen Phasen
eines Arbeitsspieles in Bruchteilen einer Kurbelwellenurndrehung ausgedrückt, so
ergibt sich, daß ,gleichartige Phasen unter sich auch bei verschiedenen Drehzahlen
gleich sind. Aus diesem Grunde muß auch die Brennstofförderung, ausgedrückt in Bruchteilen
einer Kurbelwellenumdrehung, konstant gehalten werden. Änderungen des wirksamen
Förderbeginnes und Förderendes der Brennstoffpumpe, bezogen ,auf Kurbelwellenumdrehungen,
bleiben also bestimmt durch die in den Verbrennungsraum. einzuführende Brennstoffmenge;
für die Verlegung .eines dieser. oder beider Zeitpunkte in Durchführung des Regelungsverfahrens
sprechen somit lediglich Zweckmäßigkeitsgründe. So spricht für die Änderung beider
Zeitpunkte das Bestreben, Förderanfang und Förderende möglichst aus dein Bereiche
der schleichenden Plungerbewegung, .welche durch den allmählichen Übergang der Nockenauflaufbahn
zwischen Grundkreis und 'zum Grundkreis konzentrischer Rast des Nockens hervorgerufen
wird, heraus zu verlegen. Eine unmittelbare Notwendigkeit, gerade den wirksamen
Förderbeginn oder das Förderende zu ändern, besteht dagegen nicht.
-
Unter wirksamem Förderbeginn und wirksamem Förderende wexden dabei
die Zeitpunkte verstanden, in denen sich das in den Verbrennungsraum einmündende
Biennstoffeinlaßorgan öffnet bzw. schließt. Diese Zeitpunkte sind verschieden von
den Zeitpunkten, in denen die Förderbewegung des Brennstoffpumpenplungers beginnt
bzw. endet, weil beispielsweise der zwischen Brennstoffpumpenplunger und Brennstoffeinlaßorgan
befindliche Brennstoff erst auf den Druck komprimiert werden muß, bei dem sich das
Brennstoffeinlaßorgan gegen die Wirkung von Federn, Kolben o. dgl. stelbsttätig
öffnet.
-
Vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß sich die
für -Kolbenbrennkraftmaschinen dargelegten Verhältnisse grundlegend ändern, wenn
es sich um die Brennstoffeinführung bei Verpuffungskammern handelt, deren Spielzahl
Änderungen unterworfen ist; derartige Verpuffungskammern finden insbesondere beim
Betrieb von Verp.uffungsbrennkraftturbinen Anwendung. So sind beispielsweise besondere
Regelungsverfahren ausgebildet worden, die sich zur Anpassung der Verpuffungskammer
bzw. Turbinenleistung an den Leistungsbedarf planmäßig der Änderung der Spielzahl
bedienen. Der Änderung der Spielzahl entsprechen aber bestimmte Änderungen der Steuer-Wellengeschwindigkeit,
während sich andererseits die durch die Steuerwelle nicht gesteuerteri Betriebsgrößen
ihrer absoluten Zeitdauer nach nicht ändern. So ist beispielsweise
die
Zeitspanne zwischen Ansteuerung des Brennstoffpumpenplungers und Eröffnung des Brennstoffeinspritzventils
unabhängig von der Steuerwellengeschwindigkeit, während andererseits die Steueizeitpunkte
der Betriebsmitteleinlaßorgane der Verpuffungska.mmer, insbesondere des Einlaliorgans,
für die bei der Zerstäubung und Verteilung des Brennstoffes in hohem Maße wirksame
Ladeluft durch die Steuerwellengeschwindigkeiten bestimmt sind. Dadurch ist es möglich,
wie an Hand der Diagramme nach Abb. i und 2 noch zu erläutern sein wird, daß der
Zeitpunkt höchster Ladeluftgeschwindigkeit und der Einspritzzeitpunkt für den Brennstoff
zeitlich auseinanderfallen, so daß die Ladeluft ihre die Zerstäubung und die Gemischbildung
begünstigende Wirkung nicht zu entfalten vermag.
-
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch Einlichtungen vermieden,
die den wirksamen Förderbeginn, bezogen .auf eine Unidrehung der Steuerwelle, in
Abhängigkeit von oder gleichzeitig mit auftretenden Spielzahländerungen der Verpuffungsk.ainmer
verlegen. Unter einem Arbeitsspiel der Verpuffungskan fern werden dabei die aufeinanderfolgenden
Arbeitsvorgänge der Aufladung des Verbrennungsraumes mit zündfähigem Gemisch, der
Verpuffung dieses Gemisches nach Einleitung der Zündung, der Expansion der erzeugten
Verbrennungsgase und der Spülung des Verbrennungsraumes von den Verbrennungsgasen
verstanden, so daß die Arbeitsspielzahl je Zeiteinheit angibt, wieviel Explosionen
(Verpuffungen) einschließlich der zur Einleitung und Vorbereitung für die nächste
Explosion dienenden Vorgänge je Zeiteinheit .in einer Verpuffungskammer stattfinden.
-
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen erläutert werden.
-
Abb. i zeigt zunächst das Drucksteuerwellenumdrehungsdiagramm für
eine Verpuffungskammer bei voller Spielzahl.
-
Abb.2 zeigt dasselbe Drucksteuerwe.llenumdrehungsdiagramm für halbe
Spielzahl. Abb. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Gesamtanordnung einer Verpuffungsbrennkraftturbinenanlage,
während die Abb. q. bis 6 verschiedene Ausführungsformen einer hydraulischen Betätigung
des Brennstoffpumpenplungers wiedergeben.
-
Abb. 7 zeigt die konstruktive Ausführung des in Abb. 3 schematisch
dargestellten Verteilers für das Steuerdrucköl mit einem senkrechten Längsschnitt
durch die Brennstoffpumpe.
-
Abb.8 gibt einen waagerechten Querschnitt durch den Steuerölverteilei#
nach. Linie VIII-VIII ,der Abb. 7 wieder. Die Abb. 9 bis i i zeigen in schematischer
Darstellung die Abwicklung des Steuerwulstes, von dem aus der Antrieb der Brennstoffpumpe
gesteuert wird.
-
Das Drucksteuerwellenuindrehungsdiagramm der Abb. i zeigt ein volles
Arbeitsspiel, das mit der Expansion im Punkt i beginnt, in dem sich das die Verpuffungskammer
schließende Düsenventil öffnet. Im Punkt :2 ist die Expansion beendet, und es eröffnet
sich das Ladeluftventil, so daß unter dem, Druck der in die Verpuffungskammer eindringenden
Ladeluft die Spannung in derselben etwas ansteigt. Gleichzeitig werden die Restfeuergase
von der vorhergehenden Verbrennung über das weiter geöffneteDü senveritil von der
nachdrängenden Ladeluft ausgetrieben. Im Punkt 3 schließt sich das Düsenventil,
und der Druck steigt schnell auf volle Ladeluftsparnung an. Gleichzeitig wird Brennstoff
eingespritzt, so .daß im Punkt die gesamte Verpuffungskammer von einem hochzündfähigen
Gemisch erfüllt wird. Im Punkt 4. erfolgt nunmehr die Zündung, so daß eine explosionsartige
Verbrennung in der durch Schließung der Ventile vollkommen geschlossenen Verpuffungskammer
eintritt. Es findet eine plötzliche Drucksteigerung vom Punkt .4 ab statt, bis im
Punkt 5 das Druckmaximum erreicht ist. Unmittelbar nach Erreichung des Druckmaximums
öffnet sich im Punkt i wieder das Düsenventil, so daß die Expansion vom Punkt i
ab beginnend einsetzt. Hierauf wiederholt sich das geschilderte Spiel als nächster
Cyclus, Zwischen zwei Punkten i findet also ein vollständiger Cyclus in der Verpuffungskammer
statt., Die hierbei erforderlichenBewegungen :desDüsenun.d Ladeluftventils so-,vie
gegebenenfalls der Zündvorrichtung werden von dem Verteiler bzw. von der mit ihm
verbundenen Welle aus genrau so gesteuert, wie diese Vorgänge bei einer Zweitakt-
oder Viertaktkolbenmaschine von der Nockensteuerwelle aus gesteuert werden. Die
Abszisse zwischen zwei Punkten i entspricht dabei, wie schon bemerkt, einer ganzen
Umdrehung des Verteilers, d. h. einer Drehung desselben um 36o°, so daß die einzelnen
Steuerpunkte durch eine bestimmte Winkelstellung des Verteilers, gemessen in Grad
zurückgelegter Umdrehungen des Verteilers, bestimmt sind.
-
Diese Einteilung der Abszisse nach Grad-. steuerwellenuindrehung oder,
im Falle der hydraulischen Steuerung, nach Gradverteil-erumdrehting hat den Vorteil,
daß man unabhängig von der Zeit wird. Denn die Zeit, in der eine bestimmte Winkelumdrehung
des Verteilers zurückgelegt wird, ist ja abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Verteilers. Andererseits benutzt man gerade .die
Möglichkeit
der Veränderung der Verteilerumlaufgeschwindi.gkeit, um die Turbine zu regeln, d.
h. um in der Zeiteinheit bald mehr, bald weniger Explosionen zu erzeugen, so daß
die äußere Leistung der Turbine dein Leistungsbedürfnis der Arbeitsmaschinen, welche
sie antreibt, angepaßt wird. Es war bereits erwähnt worden, daß das Diagramm der
Abb.. i der vollen Cycluszahl entspricht. Aus dem unterhalb der Abszisse angegebenen
Zeitmaß von o,667 Sekunden für ein Spiel ersieht man, daß in der Minute
Spiele bei voller Leistungshergabe der Turbine abgewickelt werden.
-
Nun interessieren in bezug auf .das Wesen vorliegender Erfindung die
Brennstoffeinspritzverhältnisse bei einem derartigen Diagramm im besonderen. Gemäß
der unterhalb des Diagramms eingezeichneten Ventilerhebungskurve ca öffnet sich
das. Ladeluftventil im Punkt h, der dem Punkt 3 im Drucksteuerwellenumdreh..ungsdiagramm
genau entspricht. Weiter eingezeichnet ist der Druckverlauf in der Brennstoffeinführungsleitung,
bezeichnet mit f. Ohne besondere Überlegungen wäre anzunehmen, daß, genau so gut
wie das Ladeluftventil im Punkt 3 öffnet, der Förderhub der Brennstoffpumpe im Punkt
b zu beginnen hätte. Eine derartige Überlegung wäre falsch, weil 'sie nicht berücksichtigt,
daß bei der Brennstofförderung gewisse Verzögerungen eintreten. Diese Verzögerungen
werden hervorgerufen durch die Kornpressibilität des Brennstoffes, durch Lufteinschlüsse
in demselben, durch die Elastizität der Brennstoffleitungen (durch das sogenannte
Atmen derselben), durch die Formänderungen, die in den bewegten Brennstoffpumpenteilen
eintreten, sobald Drücke auftreten, durch die schleichend beginnende Anlaufkurve
des Nockens oder Exzenters, welcher die Brennstoffpumpe steuert, und durch eine
große Anzahl weiterer Umstände, deren Erörterung hier zu weit führen würde. In jedem
größerenWerküberDieselmaschinen kann man diese Grunde im einzelnen dargelegt finden.
Die Brennstoffpumpe muß also bereits vor den Punkten 3 bzw. b anlaufen, und zwar
zeigt das eingezeichnete Druckdiagramm f, daß die Brennstoffpumpe bereits im Punkt
c, d. h. q0° vor dem Punkt b, zu arbeiten beginnt. Auf :diese Weise erreicht man,
daß die Einspritzung in den Verpuffungsraum gerade in. dem Zeitpunkt beginnt, in
dem sich das Ladeluftventil eröffnet. In diesem Zeitpunkt treten die größten Relativgeschwindigkeiten
zwischen der Luft und dem Brennstoff auf, so daß eine äußerst vorteilhafte Zerstäubung
und eine entsprechend homogene Gemischbildung einsetzt, welche die Voraussetzungen
einer guten Zündfähigkeit des Gemisches bilden.
-
Abb. 2 zeigt nun die Verhältnisse für eine Kammer, bei der nur noch
die halbe Arbeitsspielzahl durchgeführt wird. Ein Spiel braucht daher nicht mehr
die Zeit von o,667 Sekunden, sondern ein Spiel braucht nunmehr die doppelte Zeit,
nämlich 4333 Sekunden. Infolgedessen erscheint das Diagramm: der Abb. i in Abb.
2 .doppelt so lang, soweit die Abszisse betrachtet wird. Die zeitliche Verlängerung
erreicht man dabei durch Einlegung einer Pause zwischen das Expansionsende 2 bzw.
d und den Beginn der Ladephase 3 bzw. b. Während die einzelnen Arbeitsphasen, also
Expansion, Ladung, Drucksteigerung usw., ihrer absoluten zeitlichen Länge nach unverändert
bleiben, weil sie auf Grund physikalisch-chemischer Vorgänge stattfinden, auf welche
die Steuerungsbedingungen keinen direkten Einfluß haben, verschieben sich ihre Anfangs-
und Endpunkte, bezogen auf Gradsteuerwellenumdrehung, gegenüber den Verhältnissen
der Abb. i, weil sich ja die Umlaufgeschwindigkeit der Steuerwelle geändert hat.
Damit ändert sich auch die Voreilung für die Betätigung der Brennstoffpumpe (Punkt
c) vor Eröffnung des Ladeluftventils (Punkt b) der Gradzahl nach und beträgt jetzt
nur noch 20° gegenüber 4.o° in Abb. i. Obwohl also die erforderliche VoreiLung in
der Betätigung der Pumpe gegenüber der Ladeventileröffnung zeitlich konstant ist,
muß die Einstellung der Steuerung verändert werden, @da diese ihre Umlaufgeschwindigkeit
.geändert hat.` Während also die Brennstoffpumpe nach Abb. i im Punkt 22o° zu arbeiten
beginnt, fällt der Punkt c bei Abb. 2 auf die Winkelstellung 29o° des Verteilers,
so daß der Beginn der Brennstoffpumpenbetätigung zwischen den Spielzahlen 9o und
45 zwischen den Winkelstellungen 22o° und 29o°, d. h. um rund 70° zu variieren ist.
Umgekehrt hat der wirksame Brennstoffpumpenhub -in Abb. i bei :26o' zu beginnen,
während er in Abb. 2 bei 31o° zu beginnen hat; in be.zug auf den wirksamen Brennstoffhub
ist also eine Variation zwischen voller und halber Spielzahl um 50° erforderlich.
Was für volle und halbe Spielzahlen ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß für alle
zwischen beiden liegenden Spielzahlen, für die entsprechend kleinere Variationen
durchzuführen sind.
-
Wird erfindungsgemäß somit der wirksame Förderbeginn, bezogen auf
eine Steuerwellenumdrehung, in Abhängigkeit von der Spielzahl der Verpuffungskammer
verlegt, so ist das Förderende zwangsläufig dadurch festgelegt, daß eine bestimmte
Brennstoffmenge eingeführt werden muß. Hierbei bestimmt
sich die
Brennstoffmenge zweckmäßig so, daß der Wärmeinhalt des Ladegemisches in an sich
bekannter Weise konstant gehalten wird. Unter Wärmegehalt des Gemisches wird dabei
die Wärnieinenge verstanden, die bei vollkommener Verbrennung einer Gewichts-oder
Raumeinheit dieses Gemisches frei wird.
-
Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens stehen verschiedene Wege
zur Verfügung. Es könnte beispielsweise zum Natrieb der Brennstoffpumpe ein Schrägnocken
verwandt werden, der in Abhängigkeit von der jeweiligen Spielzahl der Brennkraftturbine
auf der Antriebswelle verschoben wird. Die Verwendung derartiger Schrägnocken bedingt
jedoch kugelförmige Ausbildung des die Bewegung abnehmenden und auf den Pumpenplunger
übertragenden Organs, so daß Flächendrücke entstehen, welche für die üblichen Baustoffe
zu hoch sind. Bei anderen mechanisch wirksamenEinrichtungen zur Verwirklichung des
Erfindungsgedankens können zwar .die Schrägnocken durch feste Nocken ersetzt werden,
es entstehen aber hierdurch verhältnismäßig verwickelte und unübersichtliche Brennstoffpumpenantriebe,
die völlig vermieden werden, wenn man eine hydraulische Steuerung des den wirksamen
Förderbeginn bestimmenden Pumpenorgans vorsieht. Die Ausbildung dieser hydraulischen
Steuerung setzt sich daher vorliegende Erfindung zur weiteren Aufgabe. Die gefundene
Lösung ist in den Abb. 3 bis r z veranschaulicht worden.
-
Es ist bereits bekanntgeworden, bei Verpuffungsbrennkraftturbinen
zur Steuerung der Ein- und Auslaßventile der Verpuffungskainmern einen Steuerkörper
vorzusehen, dessen Steuerimpulse durch Einrichtungen zur Veränderung der Vor- oder
Nacheilung seiner wirksamen Steuerpunkte gegen eine die periodische Betätigung des
Steuerkörpers erzeugende Bewegung, bezogen auf eine Steuerwellenumdrehung, veränderlich
sind. Erfindungsgemäß bedarf es daher lediglich der Anordnung eines besonderen Abschnittes
in diesem Steuerkörper zur Steuerung des den wirksamen Förderbeginn bestimmenden
Pumpenorgans. Dieses Pumpenorgan ist dabei zweckmäßig der Pumpenplunger selbst.
-
Abb.3 zeigt zunächst die Gesaintanordnung. Es bezeichnet 34 die Brennkraftturbinerlanlage,
35 den von ihr angetriebenen elektrischen Generator, 36 die gleichfalls auf den
Generator wirksame Dampfturbine, die mit dem Dampf beaufschlagt wird, der mittels
der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage erzeugt wird. Es bezeichnet weiter 37 den
Kreiselverdichter zur Erzeugung der Ladeluft für die Brennkraftturbinenanlage. Diese
Brennkraftturbinenanlage besteht in an sich bekannter Weise aus einer Verpuffungsbrennkraftturbine,
d. 1i. aus einer Turbinenanordnung, auf welche in Verpuffungskaminern absatz-veise
erzeugte hochgespannte Gase zur Wirkung gebracht werden, und der Verpuffungsbrennkraftturbine
nachgeschalteten Dauerstromturbinen, denen die Verbrennungsgare zugeführt werden,
die in der Radanordnung der Verpuffungsbrennkraftturbine bereits teilweise ihr Arbeitsvermögen
abgegeben haben und deren Druckschwankungen in zwischengeschalteten Ausgleichsbehältern
so abgedämpft worden sind, daß sie der nachgeschalteten Radanordnung der Dauerstromturbine
im Dauerstrom zufließen. Die Verpuffungsbrennkraftturbine und die Dauerstromturbine
sind dabei im Ausführungsbeispiel zu einer Turbineneinheit 34 baulich vereinigt.
Der Verpuffungsbrennkraftturbine wird dabei über die Leitung 38 vom Kreiselverdichter
37 aus die erforderliche Ladeluft zugeführt.
-
Das Ausführungsbeispiel zeigt die bereits eingangs erwähnte, an sich
bekannte hydraulische Betätigung der Ein- undAuslaßorgane. In jedem Ein- und Auslaßorgan
ist eine Kolbenanordnung derart vorgesehen, daß, je nachdem, ob ein gespanntes
Steuermittel, beispielsweise Drucköl, zu :der Kolbenanordnung zugelassen bzw. von
ihr abgeschaltet wird, eine Kolbenbewegung zur Eröffnung oder zum Schluß des Ventilorgans
eintritt. Diese Zulassung und Absperrung des Drucköls wird dabei über einen umlaufenden
Verteiler gesteuert, der in Abb. 3 schematisch in den Abb. 7 und 8 in konstruktiver
Ausführung gezeigt wird. Man erkennt den umlaufenden, von einem Motor 44 über Schneckenwelle
43, Schneckenrad 4:2 und Muffe 41 ,angetriebenen, umlaufenden Steuerkörper 39, der
an seinem Umfang Steuerwülste 45 aufweist. Dieser Steuerkörper weist einen Hohlraum
40 auf und steht über diesen Hohlrauen mit dem im Windkessel 79 angesammelten Drucköl
in Verbindung. Der Steuerkörper selbst gleitet in einer zylindrischen Büchse 8o,
.die mit Anschlüssen 81 und 82 versehen ist. Diese Anschlüsse 81, 82 führen zu den
Ein- und Auslaßorganen derVerpuffungsbrennkraftturbine. Sobald nun der Steuerkörper
39 bei seiner Drehung in eine Stellung gelangt, in :der der zwischen zwei Steuerwülsten
45 liegende Steuerraum 47, der über die Bohrungen 46 mit dem Hohlraum 40 in Verbindung
steht, gerade einem der Anschlüsse 81 oder 82 gegenüberliegt, kann das Drucköl aus
dem Windkessel 79 über den Hohlrauen 4o, die Bohrung 46 und über den Steuerraum
47 in die betreffende Steuerleitung 81 oder 82 gelangen und auf diese Weise das
Ventil, das gerade unter dem Einfluß dieser Steuer-
Leitung steht,
betätigen. So ist beispielsweise in Abb. 8 der Steuerkörper 39 in einer Stellung
gezeichnet, bei der gerade die in der Zeichnung rechtsliegende Steuerölleitung 56
über den Steuerraum 47 zwischen den Steuerwülsten 45, Bohrung 46 und Hohlraum 40
mit dem Drucköl im Windkessel 79 in Verbindung steht, so daß das an die in
Betracht kommende Steuerölleitung 56 angeschlossene Ventil betätigt wird. Dagegen
steht die links- und obenliegende Steuerölleitung mit dem Steuerraum 83 und über
diesen mit dem nicht gezeichneten Sammelbehälter für das Drucköl in Verbindung;
diese Steuerölleitungen sind also vom Drucköl entlastet, und die Ventile, zu denen
sie führen, sind unbetätigt. Die untenliegende Steuerölleitung ist bereits entlastet
worden und wird gerade von dem unteren Steuerwulst 45 überschliffen; im nächsten
Augenblick gelangt diese Steuerölleitung mit dem Raum 47 in Verbindung, und das
an derselben Steuerölleitung angeschlossene Organ.wird betätigt.
-
Es entspricht früheren Vorschlägen, die Steuerwülste 45 schraubengangförmig
auszugestalten, wie dies in Abb. 7 besonders deutlich aus dem obersten Steuerabschnitt,
durch den die Schnittlinie VIII-VIII gelegt ist, zu erkennen ist. Gleichzeitig wird
dem Steuerkörper 39 vom Regler aus eine auf und ab gehende Bewegung erteilt. Die
Abb. 3 läßt die Ableitung der Vertikalbewegung des Steuerkörpers 39 vom Regler 54
aus über Stellzeug 94 und Stange 48 in schematischer Darstellung erkennen. Da jedoch
der Rückdruck auf den Regler zu groß würde, um von ,diesem ohne weiteres überwunden
werden zu können, wirkt bei der praktischen Ausführung nach Abb. 7 der Regler über
eine geeignete, noch zu beschreibende Servosteuerung zunächst auf das Kegelrädgetriebe
84. Mit dem oberen Kegelrad ist die Schraubenspindel 85 verbunden, die sich in der
Gewindemuffe 86 bewegt. Die Gewindemuffe 86 ist durch Feder und I Nut 87 an der
Verdrehung gehindert, so daß die Muffe 86 bei Verdrehungen der Schraubenspindel
85 Vertikalbewegungen ausführt. Diese Bewegungen werden in geeigneter Weise
auf den Steuerkörper 39 übertragen. Durch die in Abhängigkeit vom Regler auftretenden
Vertikalbewegungen des Steuerkörpers liegen somit die wirksamen Steuerkanten der
Steuerwülste 45, d. h. beispielsweise bezüglich des Steuerraumes 47 die Steuerkante
88, bezüglich :des Steuerraumes 83 die Kante 89, bald früher, bald später den Anschlüssen
der Steuerölleitungen 81 und 82 gegenüber, so daß die unter dem Einfluß der Steuerölleitungen
81 und 82 stehenden Ventile bald früher, bald später betätigt werden, wie dies für
die Steuerölleitung 56 an Hand der Abb. 9 bis i i noch im einzelnen zu erläutern
sein wird. Es ändern sich also die Steuerzeiten der einzelnen Ventile, und @es ändert
sich demgemäß die Anzahl der Arbeitsspiele der Verpuffungskammer je Zeiteinheit.
Erfindungsgemäß ist aber bei derartigen Änderungen der Spielzahl der #Terpuffungskammer
eine Änderung des wirksamen Förderbeginnes, bezogen auf eine Steuerwellenumdrehung,
in Abhängigkeit von der Spielzahl der Verpuffungskammer erforderlich, wie aus den
Abb. i und 2 hervorgeht. Um diese selbsttätige Einstellung des wirksamen Förderbeginnes,
bezogen auf Steuerwellenumdrehung oder, was hiermit gleichbedeutend ist, bezogen
auf Verdrehungen des Steuerkörpers 39, in Abhängigkeit von der Spielzahl der Verpuffungskammer
zu bewirken, sind nun in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens folgende
Einrichtungen .getroffen.
-
Während der Steuerkörper 39 bisher lediglich zwei Steuerabschnitte
für die Steuerölleitungen 81 und 82 zur Betätigung der Ein-und Auslaßventile der
Verpuffungskammern aufgewiesen hat, ist erfindungsgemäß ein weiterer Steuerabschnitt
oberhalb. dieser beiden Abschnitte vorgesehen, dessen Leitungsanschlüsse mit 56
bezeichnet sind. Diese Leitungsanschlüsse führen zu Kolbenanordnungen, die in der
Brennstoffpumpego zur Betätigung des Pumpenplungers vorgesehen sind. Die Abb.4 bis
6 zeigen die Abbildungen dieser Kolbenanordnungen im einzelnen und werden noch besonders
erläutert werden. Der von der Brennstoffpumpe 9o unter Druck gesetzte Brennstoff
wird den Verpuffung:skammern der Brennkraftturbinenanlage 34 über Leitung 57 zugeführt.
Die Arbeitsweise des auf die Druckölleitung 56 wirkenkenden Steuerabschnittes ist
dabei dieselbe wie die der Steuerabschnitte, die auf die Leitungen 8i und 82 wirken.
Diese Wirkung wird in den Abb. 9 bis i i nochmals verdeutlicht.
-
In diesen Abbildungen bedeutet 45 wieder den schraubengangförmig gestalteten
Steuerwulst, der auf dem abgewickelten Steuerkörper 39 vorgesehen ist. Es bedeutet
weiter 56 den Anschluß der zur Brennstoffpumpe 9o führenden Druckölleitung. Während
in Abb. 9 der Steuerkörper in seiner höchsten Lage gezeichnet ist, ist er in Abb.
io um das Maß ic tiefer verlegt gezeichnet. Diese Tieferverstellung kann ja ohne
weiteres mit den Mitteln der Abb. 3 und 7 bewirkt werden. Man erkennt sofort aus
der Darstellung der Abb. io, daß nun die Bohrung 56 um ein der Strecke x entsprechendes
Zeitmaß früher angesteuert wird wie bei der Stellung des Steuerkörpers 39 nach Abb.
9. Bei Abb. i i, bei der der
Steuerkörper 39 um das Maß v gegenüber
der Stellung nach Abb. 9 gesenkt ist, ist das Voreilmaß sogar gegeben durch die
Strecke y gegenüber der Steuerkörperstellung nach Abb. 9. Man erkennt also, daß
sich bei einer Stellung des Steuerkörpers nach den Abb. io und i i der Zeitpunkt
ändert, in dem das Drucköl auf die Kolbenanordnung der Brennstoffpumpe 9o freigegeben
wird. Mit dem Zeitpunkt der Freigabe der Druckölwirkung auf die Kolbenanordnung
der Brennstoffpumpe 9o ändert sich natürlich entsprechend der wirksame Förderbeginn.
Da die Steuerwülste 4.5 selbst dem Steuerkörper angehören, dessen Verdrehung identisch
ist mit der Steuerwellenv erdrehung, und da heiter der Steuerkörper 39 selbst das
Mittel ist, um die Spielzahl der Verpuffungskammer zu verändern, ist also der Steuerabschnitt
für die Druckölleitung 56 in Verbindung mit den übrigen Teilen der Einrichtung nach
den Abb. 7 und 8 nichts anderes wie eine Einrichtung zur Verlegung des wirksamen
Förderbeginnes, bezogen auf Steuerwellenutndrehung, in Abhängigkeit von der Spielzahl
der Verpuffungskammer.
-
Die Abb. 3 zeigt in schematischer Darstellung den Zusammenhang dieser
Einrichtung mit den weiteren, für den Betrieb der Brennkraftturbinenanlage wesentlichen
Teilen. Es war bereits erwähnt worden, daß Abb. 3 lediglich in schematischer Darstellung
die Einrichtungen zur Herbeiführung der Vertikalbewegungen des Steuerkörpers 39
zeigt. Denkt man sich die Stange ¢8 in Abb. 7 an den Lenker 94 angeschlossen, der
über das Kegelzalinradpaar 92 und 93 auf das Kegelzahnradpaar 84 wirkt, so gelten
.die nachfolgenden Ausführungen ohne weiteres sowohl für die Darstellung nach Abb.
3 wie für die Darstellung nach Abb. 7. Die Steuerstange 48 wird nämlich betätigt
durch einen Steuerkolben 49, der einerseits unter dem Einfluß :der Druckfeder 5o,
andererseits wieder unter dem Einfluß des Drucköles steht. Druckraum 51 wird, je
nach den Stellungen des Steuerschiebers 52, entweder über die Rohrleitung 53 unter
den Einfluß des Drucköles gebracht oder von ihm entlastet. Die Stellung des Steuerschiebers
52 wird dabei durch das Reglergestänge 94 in Abhängigkeit vorn Drehzahlregler 54
der Brennkraftturbine 34 bestimmt. Durch Verbindung des Reglergestänges 94 mit .der
Steuerstange .t8 wird dabei die an sich bekannte starre Rückführung verwirklicht.
Die Steuerstange 4.8 ist über den Kolben 49 hinaus verlängert und steuert gleichzeitig
den Drehzahlregler55 des Steuerwellenmotors 44.
-
Nimmt man beispielsweise an, der elektrische Generator 35 werde entlastet,
so steigt die Drehzahl der Antriebsmaschinen 34 und 36. Entsprechend steigt die
Drehzahl des Reglers 5q., so daß die Reglermuffe v°rst#-llt wird. Diese Verstellung
überträgt sich über Gestänge 94. zunächst auf den Steuerschieber 52; der Gelenkpunkt
95, bei dem das Reglerstellzeug 94. an die Steuerstange 48 angelenkt ist, bleibt
unverändert, weil keine Kräfte auftreten, welche zu einer Lagenveränderung des Gelenkpunktes
95 führen würden. Durch die Muffenverstellung des Reglers gelangt der Steuerschieber
52 in eine Lage, in der er über Leitung 53 Drucköl auf den Kolben -.9 wirksam werden
läßt. Der Kolben 49 führt also unter dem Einfluß des zugelassenen Drucköles eine
Bewegung aus, welche eine dreifache Wirkung hervorruft. Zunächst wird der Drehzahlregler
55 des Steuerwellenmotors.4 verstellt. Weiter wird die Höhenlage des Steuerkörpers
39, in der Vertikalen gemessen, verändert, und schließlich wird die Lage des Gelenkpunktes
95 verändert. Der Drehzahlregler 55 bewirkt dabei eine Verkleinerung der Umlaufzahl
des Steuerkörpers 39. Dieser selbst wird in eine Vertikallage überführt, in der
er die an die Druckölleitungen 81 und 82 angeschlossenen Ventile so steuert, daß
die für die herabgesetzte Spielzahl maßgeblichen Steuerzeitpunkte verwirklicht werden.
Gleichzeitig wird über die Steuerdruckölleitungen 56 der wirksame Förderbeginn der
Brennstoffpumpe 9o entsprechend der Spielzahlveränderung verlegt. Durch Lagenveränderung
des Gelenkpunktes 95 schließlich wird über die starre Rückführung 94 .der Steuerschieber
52 in die wirkungslose Mittellage überführt, sobald der Kolben .49 die der Belastungsabsenkung
entsprechende Spielzahlveränderung durchgeführt hat. Die umgekehrten Vorgänge spielen
sich sinngemäß ab, wenn eine Belastungssteigerung auftritt.
-
Als den wirksamen Förderbeginn bestimmendes Pumpenorgan stehen zur
Verfügung die Förderplunger der Brennstoffpumpen selbst oder besondere Organe, welche
zunächst den Druckraum der Pumpe entlasten, so daß ihr Schluß den wirksamen Förderbeginn
bestimmt; die letztere Anordnung wird bekanntlich bereits bei mechanisch betätigten
Brennstoffpumpen angewandt, um einen schleichenden Beginn der Brennstofförderung
zu vermeiden. Wird als den wirksamen Förderbeginn bestimmendes Pumpenorgan der Pumpenplunger
selbst gewählt, so fällt die Bewegungsumkehr des Plungers bis auf geringfügige Verzögerungen
durch Atmen der an der Förderung beteiligten Organe und durch Kompressibilität des
Brennstoffes mit dem wirksamen Förderbeginn zusammen. Den Ausführungsbeispielen
der Abb.4 bis 6 ist die Ausbildung des Plungers als den wirks
amen
Förderbeginn bestimmendes Pumpenorgan zugrunde gelegt.
-
Nun wird bei Verpuffungsbrennkraftturbinen nicht nur die Brennstoffmenge,
sondern auch die Ladeluft bezüglich ihrer Zustandsbedingungen geändert. Insbesondere
wird in Durchführung des als Beispielsfall angenommenen Regelungsverfahrens dieLadetuft
nach Menge in Anpassung an den durch wechselnde Spielzahlen sich ändernden Ladeluftverbratich
der Verpuffungskammern geregelt. Bei Verpuffungskammern ist aber ein konstanter,
spezifischer Wärmeinhalt der Ladung deshalb von besonderem Vorteil, weil man hierdurch
konstante Strahlgeschwindigkeiten der Verbrennungsgase in den Düsen und in den Leitschaufeln
erreicht. Da die Düsen und Leitschaufeln nur für eine bestimmte Strahlgeschwindigkeit
einen größten Wirkungsgrad gewährleisten" ist dieser Umstand für den Turbinenbetrieb
von ausschlaggebender Bedeutung. Man wird also die zu fördernde Brennstoffmenge
nicht unabhängig von dem Zustand der Ladeluft einführen, sondern eine mittelbare
Abhängigkeit dadurch einstellen, daß man das Förderende durch den jeweiligen Ladeluftdruck
derart bestimmen läßt, daß ein konstanter, spezifischer Wärmeinhalt der Ladung über
den gesamten Belastungs- und Regulierungsbereich erhalten wird. Demgemäß steht ein
auf ein Rückströmorgan o. dgl. wirkender Kolben 58 (s. Abb.3) mittels :eines Stutzens
zog unter dein Einfluß der Ladeluft und bestimmt in Abhängigkeit vom Druck der Ladeluft
das Förderende und damit die einzuführende Brennstoffmenge. Gewisse Änderungen dieses
Druckes sind selbst bei Regelung lediglich der Ladeluftmenge unverineidlich. Um
in jedem Falle einen konstanten Wärmeinhalt des in den Verp:uffungskammern zu bildenden
Gemisches zu gewährleisten, ist die Vorrichtung 58 vorgesehen.. Geht man beispielsweise
auf das oben beschriebene Regelungsbeispiel zurück, so erkennt man, daß durch die
eintretende Belastungssenkung in den ersten Zeitelementen des Regelungsverfahrens
eine gewisse Drehzahlerhöhung der Kraftmaschinen 34 und 36 eintritt, die sich naturgemäß
in einer Steigerung des Druckes der erzeugten Ladeluft auswirkt. In diesem Falle
sorgt die Einrichtung 58 trotz dieser momentanen Erhöhung des Ladeluftdruckes dafür,
daß der Wärmeinhalt des in den Verpuffufigskammera gebildeten Gemisches konstant
bleibt. Unmittelbar darauf setzt jedoch die bereits oben beschriebene Spielzahlverminderung
ein, so daß die Drehzahl unmittelbar nach Einleitung des I#.',egelungsvorgan.ges
absinkt. Damit sinkt wieder der Druck in der Verpuffungskarimer, und die Einrichtung
58 stellt nach wie vor den konstanten Wärmeinhalt des in Verpuffungskainmern gebildeten
Gemisches her.
-
Die Abb. q. bis 6 zeigen nun Ausführungsbeispiele für die hydraulische
Betätigung des den wirksamen Förderbeginn steuernden Pumpenplungers. In Abb. 4.
bezeichnet 59 die Geradführung des nicht gezeichneten, in bekannter Weise ausgebildeten
Pumpenpl:ungers. Die untere Verlängerung der Geradführung 59 weist Ringkolben 6o
und 61 auf. Der Durchmesser des Stufenkolbens 61 ist dabei etwas größer als der
Durchmesser des Stufenkolbens 6o. Die die Druckölimpulse übertragende Leitung
56 endet in einem Raum 62, in dessen zylindrischer Bohrung 63 .der Steuerkolben
64 des Steuerschiebers 65 gleitet. Dies-.r Steuerschieber weist eine zweit, etwas
kleinere kolbenförmige Steuerfläche 66 auf, die bei 67 und 68 mit Durchbohrungen
versehen ist. Die Bohrung 67 steht mit dem Raum 69 in Verbindung, der bei 7o mit
einem Anschluß für ein hochgespanntes Mittel, beispielsweise Preßöl von
30 at, versehen ist. Das über Leitung 56 gesteuert zugeführte, gespannte
Mittel besteht beispielsweise aus Drucköl von 6 at Spannung. In der gezeichneten
Lage,des Steuerschiebers wird gerade ein Steuerimpuls vom oberstenAbschnitt des
Steuerkörpers 39 aus abgegeben. Es tritt also das hochgespannte Mittel aus dem Rauin
69 über Bohrung 67 in den Raum 71 unterhalb der größeren Einflußfläche 61,
so daß die Geradführung 59 bzw. der mit ihr unmittelbar starr verbundene Plunger
gerade seine Bewegungsumkehr vollzieht und damit die wirksame Förderung einsetzt.
Nach Durchführung des Druckhubes bzw. bei Steuerung auch des wirksamen Förderendes
durch den Plunger schon während des Druckhubes wird Leitung 56 vom Steuerimpuls
entlastet. Hierdurch wird der Steuerschieber unter dein Einfluß des im Raume 69
befindlichen, auf die Differenz der Kolbenflächen 6d., 66 wirkenden gespannten Mittels
in die Ausgangslage zurückgeführt, indem Bohrung 68 den Raum»7i von dem Druck des
hochgespannten Mittels entlastet, weil Bohrung 68 über Räume 72 und 73 mit dem Abfluß
74 in Verbindung steht. Hierdurch wirkt das im Raume 69 befindliche, hochgespannte
Mittel auf die obere Ringfläche der Stufe 61, so daß der Plunger in die gezeichnete
Ausgangslage, gegebenenfalls unter Beendigung des wirksamen Förderhubes, zurückgeht.
-
Die Abb. 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen ein besonderer
Steuerschieber und ein besonderes hochgespanntes, durch diesen Steuerschieber zugelassenes
oder abgeschlossenes Mittel fehlt; durch die Steuerimpulse wird der Plunger unmittelbar
betätigt. In Abb.5 sind wieder zwei Kolbenstufen
verschiedenen
Durchmessers der Geradführun.g 59 angeordnet. Die die Steuerimpulse übertragende
Leitung 56 mündet in dem Raum 75 unterhalb der größeren Einflußfläche 61, während
der Raum 76 ständig unter dem Einfluß des üngesteuerten gespannten Mittels, beispielsweise
Preßöles von 6 at Spannung, steht. Sobald ein Steuerimpuls über Leitung 56 erteilt
wird, findet der Druckhub des Plungers statt, während b°i Beendigung des Steuerimpulses
das gespannte Mittel im Raume 76 auf die Kolbenringflä che der Stufe 61 einen etwas
größeren Druck ausübt als auf die Ringfläche der Stufe 6o, so daß der Plunger in
die gezeichnete Ausgangsstellung zurückgeht, damit den Förderhub, gegebenenfalls
auch den wirksamen Förderhub, beendigt und den Saughub durchführt. In der Ausführungsform
der Abb.6 wird der durch das gespannte Mittel ständig ausgeübte Druck durch eine
Druckfeder 77 ersetzt, während die Steuerimpulse durch Leitung 56 auf den allein
vorhandenen Kolben 78 ausgeübt werden.
-
Abb.7 zeigt in ihrer linken Hälfte im Längsschnitt durch die Brennstoffpumpe
9o das Zusammenwirken einer hydraulischen Betätigung des den wirksamen Förderbeginn
steuernden Pumpenplungers nach Abb. 4 mit den übrigen Teilen der Brennstoffpumpe.
An die Geradführung 59 der bereits beschriebenen hydraulischen Steuerung, die über
die Druckölleitung 56 betätigt wird, setzt sich der Pumpenplunger 95 an. Dieser
gleitet in an sich bekannter Weise in einer zylindrischen Bohrung 96 des Brennstoffpumpenkörpers
9o, die den Arbeitsraum der Pumpe bildet. Mit dem Arbeitsraum 96 stehen in Verbindung
das Saugventil 97, :das der Druckleitung 57 vorgeordnete Druckventil 98 sowie
das Überströmventil99. In an sich bekannter Weise wird dieses durchweg als Nadelventil
ausgebildete Überströinventil über Schwinghebel ioo und Stößel ioi von einem Lenker
102 aus gesteuert, dessen eines Ende an die Geradführung 59 angelenkt ist, während
das andere Ende über Stange 103 unter dem Einfluß des Reglers steht. Je nach der
Stellung der vom Regler beeinflußten Stange 103 kommt die Rolle 104 des Lenkers
io2 bei jedem Förderhub des Plungers 95 früher oder später mit dem Stößel ioi zur
Berührung, so daß sich der Förderhub des Pl.ungers 95 durch frühere oder spätere
Eröffnung des Überströmventils 99 entsprechend ändert. Der nach Eröffnung des Überströmventils
99 drucklos geförderte Brennstoff wird über die Umgehungsleitung io5 in die Brennstoffansaugleitung
1o6 zurückgeführt.
-
Was für die hydraulische Steuerung @ des Pumpenplungers ausgeführt
worden ist, gilt sinngemäß für die Steuerung aller anderen Pumpenorgane, welche
zur Bestimmung des wirksamen Förderbeginnes vorgesehen werden können.