DE632390C - Verfahren zum Regulieren von Motorverdichtern mit frei fliegenden Kolben - Google Patents

Verfahren zum Regulieren von Motorverdichtern mit frei fliegenden Kolben

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DE632390C
DE632390C DEP65463D DEP0065463D DE632390C DE 632390 C DE632390 C DE 632390C DE P65463 D DEP65463 D DE P65463D DE P0065463 D DEP0065463 D DE P0065463D DE 632390 C DE632390 C DE 632390C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

  • Verfahren zum Regulieren von Motorverdichtern mit frei fliegenden Kolben Die Erfindung betrifft Verfahren zum Regulieren der Leistung von Motorverdichtern mit frei fliegenden Kolben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß der Erfindung wird nun die vom Motorverdichter gelieferte Leistung selbsttätig oder von Hand verändert, um dieselbe dem jeweiligen Kraftbedarf anzupassen.
  • 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.
  • 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.
  • Auf der Zeichnung ist die Erfindung in beispielsweisen Ausführungsformen schematisch zur Darstellung gebracht.
  • Abb. i ist ein Längsschnitt durch den Motorverdichter mit gegenläufigen Kolben und einer Regulierungsvorrichtung.
  • Abb.2 zeigt Druckvolumendiagramme eines Verdichterzylinders des Motorverdichters nach Abb. i bei verschiedenen Leistungen.
  • Abb.3 ist ein Längsschnitt durch einen Motorverdichter einer zweiten Ausführungsart.
  • Abb.4 ist ein senkrechter Schnitt zur Längsachse durch den Motorverdichter nach Abb. 3 und dessen Reguliervorrichtungen.
  • Abb. 5 sind Druckvolumendiagramme eines Verdichterzylinders des Motorverdichters nach Abh.3 bei verschiedenen Leistungen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Motorverdichter nach Abb. 3 enthält zum Teil dieselben Elemente wie der in Abb. i dargestellte Verdichter.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Leistungsabgabe des Verdichters nach Abb. i wird nach folgendem Verfahren reguliert.
  • 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.
  • Die Reguliervorrichtung arbeitet auf folgende Weise.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Regulieren von Motorverdichtern mit frei fliegenden Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorleistung in Abhängigkeit des Ausstoßdruckes durch Vergrößern oder Verkleinern der Brennstoffmenge so verändert wird, daß bei hohen oder niederen Gegendrücken die Kolben in einer solchen Stellung zum Stillstand kommen, daß die im Druckluftkissen aufgespeicherte Energie nahezu- konstant bleibt.
  2. 2. Verfahren zum Regulieren der Leistung von Motorverdichtern nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß bei steigendem Leistungsbedarf die Ausstoßleitung vorerst gedrosselt wird, worauf der Druck in der Ausstoßleitung so lange ansteigt, bis sich die Leistung des Verdichters dem Bedarf angepaßt hat, worauf die Druckluftleitung wieder geöffnet wird.
  3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffpumpe von einem Kolben gesteuert wird, dessen eine Seite dem Druck in der Ausstoßleitung, die andere Seite dem Druck einer Feder ausgesetzt und die Feder so gespannt ist, daß bei jedem Druck eine so große Menge Brennstoff eingespritzt wird, daß die Bewegungsumkehr immer bei gleichem Energieinhalt des verbleibenden Druckluftkissens erfolgt.
DEP65463D 1932-06-08 1932-06-08 Verfahren zum Regulieren von Motorverdichtern mit frei fliegenden Kolben Expired DE632390C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE958788C (de) * 1951-06-15 1957-02-21 Erich Wachsmuth Dipl Ing Start- und Regelverfahren fuer einen im Gegentakt arbeitenden, pulvergestarteten Freiflugkolbenkompressor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE958788C (de) * 1951-06-15 1957-02-21 Erich Wachsmuth Dipl Ing Start- und Regelverfahren fuer einen im Gegentakt arbeitenden, pulvergestarteten Freiflugkolbenkompressor

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