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Verfahren zum Regulieren von Motorverdichtern mit frei fliegenden
Kolben Die Erfindung betrifft Verfahren zum Regulieren der Leistung von Motorverdichtern
mit frei fliegenden Kolben.
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Bei gewöhnlichen Motorverdichtern,- bestehend aus einem Motor mit
daran gekuppeltem Verdichter, erfolgt die Regulierung dadurch, daß die Maschine
entweder vollbelastet ist oder leer läuft, wobei die Leistungsabgabe durch in gewissen
Grenzen gehaltene Druckschwankungen der Luft im Druckluftbehälter ausgeglichen wird.
Es ist auch bekannt, die Saugventile so zu steuern, daß die Druckluftmenge je nach
Bedarf verändert werden kann. Die erste Art der Regulierung bedingt große Druckluftbehälter,
wenn nicht ein fortwährendes Umschalten von Vollast auf Leerlauf erfolgen soll;
die zweite Lösung hat einen verwickelten Aufbau des Verdichters zur Folge und erzeugt
beträchtliche Drosselverluste.
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Motorverdichter benötigen für die Veränderung der Leistung besondere
Vorrichtungen, da die in den Druckluftkissen im Moment der Bewegungsumkehr enthaltene
Energie nur in gewissen, sehr engen Grenzen schwanken darf, um die Verdichtung der
Verbrennungsluft genügend hoch, jedoch nicht über das zulässige Ma13 zu steigern.
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Es sind auch Sicherheitsvorrichtungen bei Motorverdichtern bekannt,
bei welchen ein Ventil nur so lange als Drosselventil wirkt, als der normale Betriebsdruck
noch nicht erreicht ist, welches aber bei höherem Druck vollkommen ausgeschaltet
wird, weil über dem normalen Betriebsdruck eine Regelung der Leistung durch solche
Ventile nicht mehr möglich ist. Eine Regelung der Leistung durch Drosseln der abströmenden
Luft wäre nur möglich, solange der Druck im Speicher den normalen Betriebsdruck
noch nicht erreicht hat. Diese Leistungsregelung kommt jedoch deshalb nicht in Frage,
weil sie mit zu großen Verlusten verbunden wäre.
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Gemäß der Erfindung wird nun die vom Motorverdichter gelieferte Leistung
selbsttätig oder von Hand verändert, um dieselbe dem jeweiligen Kraftbedarf anzupassen.
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Dies geschieht dadurch, daß ein mit einem Regler verbundenes Gestänge
den auf einem dem Druckluftspeicher vorgebauten Kolben lastenden Federdruck erhöht
und damit diesen verschiebt, wobei ein mit .diesem Kolben verbundener Dorn in eine
Einschnürung der als Venturirohr ausgebildeten Druckluftsammelleitung vordringt
und damit einen Druckanstieg in den Leitungen der Verdichterzylinder herbeiführt,
während durch gleichzeitige Verbindung- von Sammelleitung und Reglerkolben mit einem
weiteren federbelasteten Kolben die Brennstoffpumpe entsprechend beeinflußt wird.
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In, einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Regulierung
der Leistung bei konstantem oder nur in sehr geringen Grenzen veränderlichem Druck
durch ein an sich bekanntes Verschieben der Regulierstange der Brennstoffpumpe,
wobei diese in durch Schrauben begrenzten Endstellungen
frei bewegliche
Stange auf einer Verlängerung einen federhelasteten Kolben trägt, derri ; der im
Säzninelbehälter herrschende Druck entgegenwirkt: Die Höhe des Ausstoßdruckes kann
dabei innerhalb b= :. stimmter Grenzen durch Verstellung der dem Kolben lastenden
Feder verändert werden.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in beispielsweisen Ausführungsformen
schematisch zur Darstellung gebracht.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch den Motorverdichter mit gegenläufigen
Kolben und einer Regulierungsvorrichtung.
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Abb.2 zeigt Druckvolumendiagramme eines Verdichterzylinders des Motorverdichters
nach Abb. i bei verschiedenen Leistungen.
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Abb.3 ist ein Längsschnitt durch einen Motorverdichter einer zweiten
Ausführungsart.
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Abb.4 ist ein senkrechter Schnitt zur Längsachse durch den Motorverdichter
nach Abb. 3 und dessen Reguliervorrichtungen.
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Abb. 5 sind Druckvolumendiagramme eines Verdichterzylinders des Motorverdichters
nach Abh.3 bei verschiedenen Leistungen.
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Die frei fliegenden Kolben i i und 12 bewegen sich in dem Motorzylinder
13 und in den Verdichterzylindern 14 und 15. Beide Kolben sind durch Stangen 16
und Hebel 18 miteinander verbunden, Die Hebel schwingen um eine Achse 17 und beschreiben
einen Winkel von weniger als i8o°. Der Kolben 12 steuert an dem einen Ende des Motorzylinders
die Auspufföffnungen 2o und der Kolben i i am anderen Ende -die Einlaßöffnungen
i9 für die Spülluft. Sie tragen auf der dem Verdichterzylinder zugekehrten Seite
Saugventile 21. Die Luft in den Zylindern 14 und 15 wird von den Kolben verdichtet,
während sie sich voneinander wegbewegen und teilweise durch die Ventfle 23 in die
Leitung 24, 25 ausgestoßen. Das verbleibende Druckluftkissen schleudert die Kolben
wieder in ihre innere Hubendlage zurück und verdichtet die Luft im Motorzylinder
13, worauf die Verbrennung des durch die Leitung zugeführten Brennstoffes erfolgt.
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Zwischen der Sammelleitung 25 und der Druckluftleitung 28 ist eine
Öffnung 26 eingebaut, in welcher das Abströmen der Luft durch den Dorn 27 gedrosselt
werden kann. Diese Öffnung ist vorteilhaft als Venturirohr gebaut. Der Dorn 27 trägt
am entgegengesetzten Ende einen im Zylinder 31 geführten Kolben 29; auf denselben
wirkt die vermittels des Gestänges 34, 35 spannbare Feder 3o. Der Raum 31 steht
durch die Leitung 32 mit der Sammelleitung 25 in Verbindung, eine Abzweigung 42
derselben Leitung mündet in den Zylinder 36, in welchem ein Kolben 37 geführt ist.
Der Kolben 37 ist durch eine Feder 38 belastet und betätigt durch das Gestänge 39,
40, 41 die Brennstoffpumpe.
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In Abb. 2 ist ein Verdichterdiagramm dargestellt, bei welchem als
Ordinaten die .»iücke über den Volumen als Abszissen aufgetragen sind. Die Diagramme
A-B-C-D, A-F-G-H und A-K-L-1I sind die im Verdichter beschriebenen Druckdiagramme
bei verschiedenen Leistungen.
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Der Motorverdichter nach Abb. 3 enthält zum Teil dieselben Elemente
wie der in Abb. i dargestellte Verdichter.
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Er unterscheidet sich jedoch in der Art der Regulierung wesentlich
vom beschriebenen Verdichter. Die Kolben i i und 12 sind nach einer an sich bekannten
Stabilisierungsvorrichtung ausgebohrt, und in die Bohrungen 5o, 5 i hinein ragen
die am Gehäuse befestigten Kolben 52, 53 und verdichten im Innern der Kolben i i
und 12 eine bestimmte abgeschlossene Luftmenge.
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In Abb. 4 sind zum Teil dieselbn Elemente 'dargestellt wie in Abb.3.
Die von den Pleuelstangen 16 und dem Hebel 18 betätigte Achse 17 trägt den Nocken
69, welcher die Brennstoffpumpe 62 antreibt. Die Brennstoffmenge, welche die Pumpe
fördert, wird auf bekannte Art, z. B. durch Verschieben der Regulierstange 61, verändert.
Die Regulierstange trägt auf einer Verlängerung den im Zylinder 64 geführten Kolben
65, auf welchen sich die Feder 68 legt. Vermittels der Schraube 63 kann die Federspannung
verändert werden. Der Feder entgegengesetzt wirkt der im Zylinder 64 herrschende
Druck, welcher gleich dem Drucke im Sammelbehälter ist. Die Leitung 67 verbindet
den Zylinder des Regulators mit der Druckluftleitung. Die Regulierstange 61 kann
sich zwischen den durch die Schrauben 6o und 66 begrenzten Endstellungen frei einstellen.
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In Abb. 5 sind die Verdichterdiagramme bei verschiedener Leistung
eingezeichnet, und zwar stellt Abb.3a das Verdichterdiagramm bei Leerlauf, Abb.5b
dasjenige bei Halblast undAbb. Sc das Verdichterdiagramm bei Vollast dar.
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Die Leistungsabgabe des Verdichters nach Abb. i wird nach folgendem
Verfahren reguliert.
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Die ausgestoßene Luftmenge wird in Abhängigkeit des Ausstoßdruckes
geändert, und zwar so, daß für hohe Ausstoßdrücke die ausgestoßene Luftmenge größer
ist als bei niedrigem Ausstoßdruck. Die Motorleistung ist in der Weise auf den Druck
abgestimmt, daß bei steigendem Ausstoßdruck die Kalben weitergeschleudert werden,
und zwar so weit, däß der Energieinhalt des verbleibenden Druckluftkissens bei allen
Ausstoßdrücken
ungefähr denselben Betrag hat, d. h. die Kolben werden
bei allen Hubendstellungen mit der gleichen Energie zurückgeschleudert. In Abb.
2 stellt die Linie L-G-C die Totpunktlagen der Kolben für verschiedene Ausstoßdrücke
dar, und zwar ist diese Linie eindeutig festgelegt durch die Bedingung, daß die
von der Rückexpansionskurve eingeschlossenen Flächen 111-L-N, H-G-J und D-C-E denselben
Wert aufweisen. Die Bedingung, daß die Rückwärtsgeschwindigkeit der Kolben bei allen
Hubendlagen die gleiche sei, ist dadurch erfüllt.
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Die Reguliervorrichtung arbeitet auf folgende Weise.
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Die Stange 35 ist mit einem Regulator verbunden und bewegt sich nach
aufwärts, wenn der Leistungsbedarf größer wird, und nach abwärts bei verminderter
Leistung der von der Druckluft abgetriebenen Maschine oder Vorrichtung. Diese Stange
kann beispielsweise durch den Geschwindigkeitsregulator eines Dxuckluftmotors betätigt
werden. Wird eine erhöhte Leistung des Verdichters benötigt, so drückt die Stange
35 vermittels des Winkelhebels 34 und des Federtellers 33 auf die Feder
30 und bewirkt ein Verschieben des Kolbens 29 sowie des Dorns 27 nach links;
dadurch wird die Öffnung 26 verengt, und es erfolgt ein Druckanstieg in den Leitungen
24 und 25. Dieser Druckanstieg bewirkt eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 37 und
somit eine Bewegung der Regulierstange nach links, wodurch eine erhöhte Menge von
Brennstoff eingespritzt wird. Die gesteigerte Leistung des Verdichters hat ein weiteres
Ansteigen des Druckes in den Leitungen 2,. und 25 zur Folge. Diese bewirkt eine
Bewegung des Kolbens 29 nach rechts, so daß die Ausströmöffnung wieder vergrößert
wird und sich eine neue Gleichgewichtslage des Kolbens 29 bei erhöhter Leistungsabgabe
des Verdichters einstellt. Der Vorgang vollzieht sich in umgekehrter Reihenfolge
bei Verminderung der Leistungsabgabe. Die Stange 35 kann natürlich auch von Hand
betätigt werden, und die von der Druckluft angetriebene Maschine oder Vorrichtung
kann so gebaut sein, daß sie keiner weiteren Regulierung bedarf, sondern entsprechend
dem Ausstoßdruck mehr oder weniger Leistung abgibt. Die Veränderung der Brennstoffmenge
erfolgt auf bekannte Art; sie kann aber bei mehreren Einspritzdüsen durch Außerbetriebsetzen
einer oder mehrerer Düsen oder der entsprechenden Brennstoffpumpen erreicht werden.
Da die Hublängen in diesem Falle der Regulierung starken Veränderungen unterworfen
sind, ist es notwendig, sehr lange Spülluftschlitze vorzusehen, so daß auch bei
verkürztern Hub, d. h. bei geringer Leistung, die Schlitze noch geöffnet werden
und das Spülen erfolgen kann.
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Der Verdichter nach Abb. 3 ist mit Vorrichtungen versehen, welche
ermöglichen, die rückwärts treibende Energie konstant zu halten, auch wenn die ausgestoßene
Menge bei gleichbleibendem Druck verändert wird. Solche Vorrichtungen sind bekannt
und bestehen im Zuschalten eines geschlossenen Verdichterraümes. Die Regulierung
der Leistung erfolgt bei konstantem oder nur in sehr geringen Grenzen veränderlichem
Druck. Bei steigendem Drucke im Behälter 25 und im Raume, gebildet durch den Zylinder
64 und den Kolben 65, bewegt sich der Kolben nach links, sobald der Druck der Luft
die Federkraft übersteigt; dadurch wird die Regulierstange 61 der Brennstoffpumpe
62 verschoben und die eingespritzte Brennstoffmenge vermindert. Dies hat zur Folge,
daß die Leistung des Verdichters so lange verringert wird, bis der Druck im Behälter
25 nicht weiter ansteigt. Die Höhe des Ausstoßdruckes kann innerhalb gewisser Grenzen
verändert werden, indem die Feder 68 durch die Schraube 63 gespannt wird. Die größte
und kleinste Fördermenge ist durch die Schrauben 6o und 66 einstellbar.
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Die Verfahren und die Vorrichtungen zum Regulieren der Leistung von
Motorverdichtern beschränken sich selbstverständlich nicht auf Maschinen, welche
nach dem Dieselverfahren arbeiten, sondern sie sind auch anwendbar an Verdichtern
mit Antrieb vermittels Gas oder Dampf. Der Druckregler betätigt im Falle des Antriebs
mit Gas an Stelle der Brennstoffpumpe die Regulierung des Gasgmisches, indem er
auf die bei Zündermotoren bekannte Art das Gemisch oder den Zündzeitpunkt oder beide
zusammen verändert. Im Falle des Antriebes des Verdichters vermittels Dampf oder
einer anderen Druckflüssigkeit steuert der Druckregulator auf bekannte Weise den
Dampfeinlaß. Dieselbe Art der Regulierung läßt sich auch bei Stufenverdichtern anwenden,
wobei der Antrieb wie für einstufige Verdichter vermittels flüssigen oder gasförmigen
Brennstoffs oder vermittels Dampf ,erfolgen kann.