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Hubregelvorrichtung für Brennkraftflugkolbenverdichter Bei Flugkolbenverdichtern
ändert sich im Gegensatz zu Kurbelmaschinen bei Änderung der Leistung die Endlage
der Flugkolben. Die Entspannungshubendlage beeinflußt jedoch die Rückführungsenergie
der Flugkolben und damit die Sicherung der Stetigkeit des Flugkolbenbetriebes.
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LTrn trotz Schwankungen im Förderdruck und in der Fördermenge des
Verdichters die Stetigkeit des Flugkolbenbetriebes zu gewährleisten, wird gemäß
der Erfindung die Vorrichtung zum Regeln der Leistung des Brennkraftzylinders durch
eine in Abhängigkeit von der Entspannungshubendlage eines Flugkolbens arbeitende
Vorrichtung verstellt. Um bei Flugkölbenverdichtern mit mehreren Zylindern eine
Überlastung einzelner Zylinder zu verhindern, sind vorteilhaft die einzelnen Zylinder
mit einer Leistungsregelvorrichtung und einer in Abhängigkeit von der Entspannun.gshubendlage
des Flugkolbens arbeitenden Vorrichtung zum Beeinflussen desselben versehen. Auch
kann die Leistungsregelvorrichtung des Brennkraftzylinders von einer weiteren Vorrichtung
beeinflußt werden, die in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße, z. B. dem Förderdruck,
des der dem Flugkolbenverdichter nachgeschalteten Kraftmaschine zugeführten Betriebsmittels
oder der Kraftmaschine selbst verstellt wird. Ferner kann die in Abhängigkeit von
der Entspannungshubendlage arbeitende Vorrichtung als hydraulische oder pneumatische
Übertragungseinrichtung mit einem Druckregelventil, das durch den Flugkolben geöffnet
wird, ausgebildet sein.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Flugkolbenverdichter mit einer hydraulischen Übertragungsvorrichtung
zwischen einem Fluglcolben und der Regelvorrichtung der Brennstoffpumpe.
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Fig.2 -zeigt die Stellungen der Übertragungsvorrichtung beim inneren
Totpunkt des Flugkolbens.
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Fig. 3 zeigt die Beeinflussung der Regelvorrichtung der Brennstoffpumpe
von der Endlage des Flugkolbens aus und auch unter dem Einfluß des Förderdruckes
des Verdichters.
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Im Zylinderkörper i mit dem Brennkraft= zylinder 2, den Verdichterzylindern
3, q. befinden sich zwei gegenläufige ' Flugkolben
5,-7
` und 8, 9, jeder
aus einem Brennkraftkolben 5 und 8 und einem Verdichterkolben 7 und 9 bestehend.
Der Brennkraftzylinder 2 hat Einlaßschlitze io für die Verbrennungsluft, Auslaßschlitze
12 für die Abgase und ein Brennstoffventil
13. Die Verdichterzylinder sind
einfachwirkend und mit außenliegenden Verdichterräumen rq., i 5, Einlaßventilen
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und Auslaßventilen , i.8.. ,versehen. Beide Verdichter saugen
aus dem Saugkanal i9. Die im Verdichterzvlinder.:@ verdichtete Luft
| gelangt durch die Einlaßschlitze io in des |
| Brennkraftzylinder 2, die im Verdicht@x . |
| zylinder 4 verdichtete in den Druckaufnehier' |
| 20, an den auch die Auslaßschlitze i2' _de@"' |
Bremskraftzylinders 2 angeschlossen sind.' Vom Druckaufnehmer :2o geht das Gemisch
zu einer nicht gezeichneten Kraftmaschine, z. B. einer Gasturbine. Zum Regeln der
vom Verdichter angesaugten Luftmenge ist die Druckklappe 22 im Eintrittsstutzen
23 des Saugkanales i g vorgesehen. Die Stellung der Klappe 22 wird durch den Druckregler
24 geregelt, dessen Kolben 25 urifer dem Druck im Aufnehmer 2o und, dem Gegendruck
der Feder 26 steht.
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An der Geradführung 27 des Kolbens 5, 7 ist der Hebel 28 angelenkt,
der den Kolben 29 der Brennstoffpumpe 3o antreibt, In der Entspannungshubendlage
des Kolbens 5, 7 trifft das Gelenk 32 des Hebels 28 auf die Rolle 33 des Hebels
34, der das Druckventil 35 der übertragungsvorrichtung 36 bewegt. Die Übertragungsvorrichtung
36 weist außer dem, Anschlag, dem Hebel 34 mit der Rolle 33, das Gehäuse 37, das
Druckregelventil 35 mit. dem Zufluß 38 und dem Abfluß 39 der Druckflüssigkeit auf
und hat ferner einen Zylinder 4o mit dem Kolben 41, der durch den Druck der Druckflüssigkeit
und den Gegendruck der Feder 42 belastet wird. In der Verbindung zwischen dem Gehäuse
37 und dem Zylinder 40 ist eine Beruhigungsdrossel 43 vorgesehen. Die Kolbenstange
q4- des Kolbens 4i beeinflußt über den Hebe145 und die Stange 46 das Regelorgan
für die Brennstoffzufuhr der Brennstoffpumpe 3o, das z. B. ein Überströmventil oder
Saugventil sein kann.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Befindet sich die an den Druckaufnehmer
angeschlossene Gasturbine im Leerlauf, so wird wenig Gas' verbraucht, und der Druck
im Aufnehmer 2o ist hoch, so daß die Klappe 22 durch den Kolben 25 nahezu geschlossen
wird. Es ist daher die Leistung des Flugkolbenverdichters ebenfalls gering. Die
Entspannungshubendlage des Flugkolbens 5, 7 liegt bei I, so daß die Rolle 33 und
somit der Hebel 34 tief 14eruntergedrückt werden und das Druckregelventil ebenfalls
bis zur Stellung I, d. h- weit und verhältnismäßig lange geöffnet wird. Die Druckflüssigkeitszufuhr
durch die Zuflußleitung 38 des Gehäuses 37 ist gleichbleibend, so daß bei der Öffnung
des Druckregelventils bis in die Entspannungshubendlage I reichlich Druckflüssigkeit.
aus dem Gehäuse 37 durch den Abfluß 39 austritt. Die zeitliche Öffnung des Drückregelventils
ist in bezug auf die Hubzeit des Flugkolbens zwar klein, da der Flugkolben das Druckregelventit
nur in der äußersten Lage aufstößt, jedoch ergibt sich bei einer großen :-Hubzahl
ein nahezu gleichbleibender Austritt
| 'won Druckflüssigkeit. Die Menge ist ab- |
| @Xngig von dem jeweils geöffneten Ventil- |
| e#üerschnitt, und der Druck im Gehäuse 37 |
| ändert sich mit der austretenden Flüssi2keits- |
menge. Je größer der Hub des Druckregelventils 35 oder die Größe der austretenden
Flüssigkeitsmenge ist, um so niedriger ist der Druck im Gehäuse 37 und dementsprechend
im Zylinder 40, so daß bei der Entspannungshubendlage I die Oberkante des Kolbens
41 in der Stellung I sich befindet und das Regelorgan für die Brennstoffzufuhr in
der Stellung für Leerlauf steht.
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Wird nun die an den Aufnehmer 2o angeschlossene Gasturbine belastet,
so sinkt der Druck im Aufnehmer 2o. Der Kolben 25 steigt und öffnet die Klappe 22.
Die angesaugte Luftmenge und damit auch die Verdichtungsarbeit nimmt zu. Der Flugkolben
erreicht nicht mehr die Entspannungshubendlage I, so daß auch das Ventil 35 einen
kleineren Hub macht: Der Abfluß ist, wenn das Ventil 35 zunächst nicht mehr
geöffnet wird, gesperrt. Infolgedessen steigt der Druck im Gehäuse 37 und im Zylinder
4o, der Kolben 41 wird nach unten gedrückt. Dadurch wird das Regelorgan für die
Brennstoffzufuhr auf eine größere Füllung eingestellt. Ist so die Leistung des Flugkolbenverdichters
vergrößert, so muß, um eine stabile Regelung zu bekommen, die Entspannungshubendlage
innerhalb der Lage I liegen und ist z. B. für Vollast die Lage II. Durch das jeweilige
Öffnen und Schließen des Druckregelventils 35 ergeben sich Druckschwankungen im
Gehäuse 37, die infolge der Beruhigungsdrosselöffnung 43 sich im Zylinder 4o,mindestens
in verringertem Maße bemerkbar machen, so daß der Kolben 41 eine Lage einnimmt,
die dem Mittel dieser augenblicklichen Druckschwankungen entspricht und den raschen
Druckschwankungen nicht folgt.
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Fig. 2 zeigt den Flugkolben 5, 7 beim Einwärtshub. Das Gelenk 32 hat
sich von der Rolle 33 entfernt, und der Hebel 34 nimmt die höchste Lage ein, bei
welcher das Druckregelventil 35 geschlossen ist.
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Bei Flugkolbenverdichtern mit mehreren aus Brennkraft- und Verdichterzylindern
bestehenden Zylindern hat bei luftloser Einspritzung jeder einzelne Zylinder eine
Brennstoffpumpe. Fig.3 zeigt die Brennstoffpumpen 3o, 3oa von zwei verschiedenen
Brennkraftzylindern, deren Flugkolbenstellungen verschieden sind, wie dies. aus
den Stellungen der Hebel 28, 28a hervorgeht. Der Druckregier
5o,
der mittels der Leitung 5 i an den Druckaufnehmer 20 in Fig. i angeschlossen ist,
hat einen Kolben 52, der auf der einen Seite vom Förderdruck im Aufnehmer 2o und
auf der anderen Seite durch die Feder 53 belastet wird. Die Kolbenstange 54. verdreht
somit mittels des Hebels 55 die Regelwelle 56 in Abhängigkeit vom Druck im Aufnehmer
20. Auf der Welle 56 sind für die Pumpen 30, 30a die Hebel 57, 57¢ befestigt, die
mittels Lenker 58, 58a das linke Ende der doppelarmigen Hebel 6o, 60a verstellen.
An das rechte Ende der Hebel 6o, 6oa greifen die Stangen .76, 4611 von der Übertragungsvorrichtung
36 (Fig. i) an, während von der Mitte die Stangen 61, 61a zu der Brennstoffregelvorrichtung
der Pumpen 30, 30a führen. Bei kleinen Leistungen ist der Förderdruck hoch, und
der Kolben 52 senkt sich und damit auch die Hebel 57 und das linke Ende der Hebel
6o. Infolgedessen verringern sich die Brennstoffüllungen in sämtlichen Zylindern,
und die gemeinsame Regelung mittels des Druckreglers 5o übernimmt die langsame Grundlaständerung
der gesamten Anlage. Daneben aber ergibt sich infolge der verringerten Brennstoffüllungen,
daß die Entspannungshubendlagen der Flugkolben sich nach innen verschieben und das
Druckregelventil 35 (Fig. i) jedes Flugkolbenzylinders weniger weit geöffnet wird,
so daß ein Nachregeln der Brennstoffüllung der Pumpe 30 über die Stange 46 erfolgt,
indem sich wegen des größeren Druckes im Zylinder q.o die Stange .t6 hebt. Dabei
erreicht der Flugkolben 5 im Leerlauf nicht mehr die Entspannungshubendlage I, sondern
nur noch die Entspannungshubendlage Il, und der Regelbereich des Hubreglers wird
sich zwischen den Endlagen II und III abspielen. Die Übertragungsvorrichtungen 36
übernehmen die vorübergehende rasche Nachstellung bei scharfen Belastungsschwankungen
und den Ausgleich von Brennkraftzylinder zu BrennkraftzyIinder des mehrzylindrigen
Flugkolbenverdichters. Dieser Ausgleich ist bedingt durch unvermeidliche Veränderungen
im Zustand der einzelnen Brennstoffpumpe, der Flugkolbenreibungen, des Arbeitens
der Ventile usw.
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Die Rückführungsenergie dient bei einfachwirkenden Verdichterzylindern
mit außenliegenden Verdichterräumen zur Rückführung der Flugkolben und zur Leistung
der Verdichtungsarbeit im Brennkraftzylinder. Für die Stetigkeit des Flugkolbenbetriebes
von Flugkolbenverdichtern, die nach dem Dieselverfahren arbeiten, ist es notwendig,
daß ein solcher Verdichtungsdruck im Brennkraftzylinider erreicht wird, daß die
nächste Zündung sicher stattfindet. Die Rückführungsenergie kann z. B. durch die
verdichtete Luftmenge geliefert werden, die in den schädlichen Räumen der Verdichterzylxnder
3, q: verbleibt. Falls diese Luftmenge nicht genügend Energie liefern kann, können
weitere Luftkissen in besonderen Zylindern vorgesehen sein. Der Inhalt der schädlichen
Räume 14., 15 (Fig. i) und daher die Menge der darin verbleibenden verdichteten
Luft oder die Größe der Rückführungsenergie hängt von der Endlage der Kolben ab.
Die verschiedenen Entspannungshubendlagen für Leerlauf und Vollast I und II entsprechen
dem Ungleichförmigkeitsgrad der Drehzahlregler.
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Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß der Flugkolbenverdichter
sich selbsttätig der Belastung der ihm nachgeschalteten Kraftmaschine anpassen kann
und durch eine einfache und billige Regelvorrichtung die Stetigkeit des Flugkolbenbetriebes
mit Sicherheit -gewährleistet ist. Außerdem wird die Bedienung des Flugkolbenverdich=
ters dadurch vereinfacht und im wesentlichen auf das Anlassen der Maschine beschränkt.
Anstatt daß die in Abhängigkeit von der Entspannungshubendlage des Flugkolbens arbeitende
Vorrichtung das Regelorgan für die Brennstoffzufuhr zum Brennkraftzvlinder beeinflußt,
kann sie das Organ zum Regeln der Luftzufuhr zum Brennkraftzplinder, das Organ zum
Regeln des Druckes der Nachladeluft für den Brennkraftzylinder oder das Regelorgan
im Auslaß der Abgase beeinflussen. Sie kann diese Organe entweder einzeln oder mehrere
gleichzeitig oder hintereinander beeinflussen, und zwar findet die Beeinflussung
in dem Sinne statt, daß bei einer Änderung der En@spannungshubendlage nach außen
zu diese Organe so verstellt werden, daß die im Brennkraftzylinder erzeugte Leistung
verringert wird, während eine Änderung der Entspannungshubendlage nach innen zum
zwischen den Flugkolben gelegenen Brennraum hin einen leistungssteigernden Einfluß
auf diese Organe ausübt, um eine stabile Regelung zu bekommen. Die hydraulische
oder pneumatische übertragungseinrichtung kann so ausgebildet sein, daß bei einer
Störung im Zufluß von Druckmittel durch die Leitung 38 oder bei ausfallendem Druck
die Brennstoffzufuhr auf Nullfüllung oder die der geringsten Leistung entsprechende
Stellung anderer Organe eingestellt wird.
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Wird die Leistung des Flugkolbenverdichters z. B. mit der Hand geregelt,
so kann die in Abhängigkeit von der Entspannungshubendlage der Flugkolben arbeitende
Vorrichtung lediglich zum Beeinflussen des Leistungsregelorganes in einem abschaltenden
Sinne, beim Überschreiten einer äußersten Entspannungshubendlage,
d.
h. als Sicherheitsvorrichtung, dienen. Bei Flugkolbenverdichtern mit mehreren aus
Brennkraft- und Verdichterzylindern bestehenden Zylindern arbeiten wegen des Fehlens
der Kurbelwelle die Flugkolben in jedem Zylinder ganz unabhängig von denen in einem
anderen. Zylinder. Beim gemeinsamen Regeln der Brennstoffzufuhr können die einzelnen
Zylinder ganz verschiedene Leistung aufnehmen und einige Zylinder überlastet werden,
während andere wenig oder nichts leisten. Dadurch, daß die einzelnen zusammenarbeitenden
Zylinder mit einem Leistungsregelorgan und einer in Abhängigkeit von der Entspannungshubendlage
der Flugkolben arbeitenden Vorrichtung zum Beeinflussen des Regelorganes versehen
sind; ergibt sich der Vorteil, daß die Leistung gleichmäßig auf alle Zylinder verteilt
wird und eine gleichmäßige Lieferung von verdichteter Luft mit oder ohne Abgasbeimischung
gewährleistet ist. Sind jedoch die Flugkolben eines Zylinders mit den Kolben eines
anderen Zylinders oder mehrerer anderer Zylinder zwangsläufig verbunden, so können
die Leistungsregelorgäne dieser Zylinder von einer gemeinsamen, in Abhängigkeit
von der Entspannungshubendlage der Flugkolben .eines Zylinders arbeitenden Vorrichtung
beeinflußt werden, wodurch das Regeln vereinfacht und verbilligt wird. Die weitere
Vorrichtung für das Grundlastregeln, die neben der von der Entspannungshubendlage
abhängigen Übertragungsvorrichtung das Leistungsregelorgan des Brennkraftzylinders
beeinflußt, kann anstatt von dem Förderdruck, von der Temperatur, von der Menge
usw. des der nachgeschalteten Kraftmaschine zugeführten Betriebsmittels oder einer
Betriebsgröße der Kraftmaschine selbst, z. B. von der Drehzahl, vom Druck, von der
Temperatur usw. des Betriebsmittels vor oder nach der Maschine abhängig sein.
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Anstatt für Anlagen, bei denen die Luft mit den Abgasen gemischt einer
Gasturbine zugeführt wird, kann die Hubregelvorrichlung z. B. auch für solche Flugkolbenverdichter
angewendet werden, die lediglich Luft verdichten, wobei sich der Vorteil eines einfachen
Parallelarbeitens verschiedener Flugkolbenverdichter auf eine gemeinsame Druckleitung
ergibt.
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An Stelle des Regelns der Luftmenge durch Drosselung mittels der Klappe
2-:2 kann auch eine Drosselung in der Leitung nach den Verdichterzylindern verwendet
werden. Während diese Regelarten besonders für' Zwillingsflugkolbenverdichter, bei
denen der Regelbereich des schädlichen Raumes aus baulichen Gründen eng begrenzt
ist, vorteilhaft angewendet werden, kann die Luftförderung aitchdurch Veränderung
des schädlichen Raumes im Verdichter beeinflußt werden. Bei Flugkolbenverdichtern
mit außenliegenden Verdichterräumen ergibt sich dies dadurch, daß der Hubausschlag
mit zunehmender Brennstoffüllung zunimmt und mit abnehmender abnimmt.
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Ein Beispiel hierfür ist das zusätzliche Regeln nach Fig. 3, gemäß
welcher der Regelbereich zwischen den Lagen I und II aus Fig. i beim Verdrehen der
Regelwelle 56 sich allmählich nach innen verschiebt, um z. B. in der Endstellung
den Regelbereich zwischen den Lagen II und III einzunehmen. Die Hubzahl und die
Brennstoffüllung sind beim Flugkolbenverdichter voneinander abhängig. Es könnte
aber zum Regeln der Luftförderung die Hubzahl durch Änderung der Flugkolbenmasse
geändert werden.
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An Stelle der hydraulischen Übertragungseinrichtung kann auch eine
mechanische oder elektrische (oder mehrere zusammenarbeitende Vorrichtungen) Vorrichtung
angeordnet sein und gegebenenfalls das Leistungsregelorgan unmittelbar durch den
Flugkolben bei jedem Hub aufgestoßen werden.