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Fliigkolbentreibgaserzeuger Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Betrieb eines Flugkolbentreibgaserzeugers mit mindestens einem mit einem Verdichterkolben
verbundenen Brennkraftkolben, deren Hub zur Leistungsregulierung verändert werden
kann, und besteht darin, daß bei einer Veränderung des Hubes die Verschiebung der
Endlage des Verdichtungshubes des Brennkraftkolbens infolge Zwischenschaltung eines
Gestänges größer ist als die Verschiebung der Endlage des Verdichtungshubes des
Verdichterkolbens.
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Die Verschiebung der Endlage des Verdichtungshubes des Verdichterkolbens
kann auch den Betrag Null aufweisen; dann wird nur noch die Endlage des Verdichtungshubes
des Brennkraftkolbens verschoben. Die Verschiebung der Endlage desVerdichtungshubes
des Brennkraftkolbens kann in entgegengesetztem Sinn als die um etwa i8o° versetzte
Verschiebung derHubendlage des V erdichterkolbens erfolgen. Es empfiehlt sich, die
Verschiebung der Hubendlage nach Maßgabe des Leistungsbedarfs erfolgen zu lassen.
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Zur Ausführung des Verfahrens,kann ein Kurbelgetriebe zur Synchronisierung
der Kolbenbewegung verwendet werden, wobei die Kurbeln und die Schubstangen so verlegt
sind, daß als Folge der endlichen Schubstangenlänge die Verschiebung der Endlage
des Verdichtungshubes des Brennkraftkolbens größer ist als die Verschiebung der
Endlage des Verdichtungshubes des Verdichterkolbens. Das Verfahren nach der Erfindung
kann auch so durchgeführt werden, daß der Gang zweier gegenläufiger Flugkolben durch
ein in einem Kanal bewegliches Gestänge . synchronisiert wird und zur Verschiebung
der Hubendlage dem Kanal Flüssigkeit zugeführt oder Flüssigkeit entnommen wird.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung durch einige zur Durchführung
des Verfahrens geeignete Ausführungsbeispiele und durch mehrere Kurven näher erläutert.
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Fig. T zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Flugkolbentreibgaserzeugers
nach der Erfindung.
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Fig. z stellt ein Schaubild dar, welches sich auf .die Maschine nach
Fig. i bezieht.
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Fig. 3 veranschaulicht einen anderen Flugkolbentreibgaserzeuger.
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Fig.4, 5 und 6 zeigen Einzelheiten des Treibgaserzeugers nach Fig.
3.
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Fig. 7 und 8 zeigen Kurven, welche sich auf Treibgaserzeuger nach
den Fig. i und 3 beziehen.
Die Flugl-colbentreibgaserzeuger nach
den Fig. i und 3 besitzen vier fliegende Brennkraftkolben i bis 4, welche in den
beiden Brennkraftzylindern 5 und 6 arbeiten. Zu beiden Seiten des Brennkraftzylinders
5 siäd die Verdichterzylinder 7 und 8 und zu beidei Seiten des Brennkraftzylinders
6 die Verdichterzylinder 9 und io angefügt. Die Brennkraftkolben i bis 4 sind je
mit einem der Verdichterkolben 11, 12, 13, 14 verbunden. Den Brennkraftzylindern
5 und 6 wird durch die Leitungen 15, 16 die Spül- und Verbrennungsluft zugeführt
und durch die Vorrichtungen 17, 18 der Brennstoff eingespritzt. Die bei der Verbrennung
entstehenden Gase strömen durch die Leitungen 19, 20 zu den Verbrauchsstellen. Das
zu verdichtende Gas wird durch die Anschlüsse 2i angesaugt und nach der Verdichtung
durch die Leitungen 22 fortgeführt.
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Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verdichterkolben
i i bis 14 je mit einer der Führungsstangen 23 bis 26 verbunden, an welchen je eine
der Schubstangen 27 bis 3o angelenkt ist. Die Schubstangen 27 und 29 umfassen die
Kurbeln der Welle 31 und die Schubstangen 28 und 30 die Kurbeln der Welle
32. Beide Kurbelwellen führen nicht eine ständig im gleichen Sinn weitergehende
Drehung aus, sondern nur eitle hin und her gehende Schwingbewegung über einen bestimmten
Winkel, bei der die Kurbeltotpunktstellungen nie erreicht werden. Die beiden Kurbeln
einer Welle sind um iSo° gegeneinander versetzt, so daß die mit ihnen in Verbindung
stehenden Kolben einander entgegengesetzte Bewegungen ausführen.
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Vorteilhaft wird die Länge der Schubstangen im Vergleich zum Kurbelradius
möglichst klein gewählt, um, wie in Fig.2 gezeigt, die Endlage des Verdichtungshubes
des Brennkraftkolbens um einen größeren Betrag verschieben zu können als die Endlage
des Verdichtungshubes des Verdichterkolbens. Bei einer Verkleinerung des Winkelausschlages
vom Wert v. auf den Wert ß, welche einer Verkürzung des Hubes vom Wert a auf den
Wert b entspricht, wird die Hubendlage auf der Seite des Brermkraftzvlinders um
den Betrag d verschoben, während auf der Seite des Verdichterzylinders die Hubendlage
um den Betrag c verändert wird. Infolge der endlichen Schubstangenlänge ist die
Verschiebung d der Endlage des Verdichtungshubes des Brennkraftkolbens größer als
die Verschiebung c der Endlage des Verdichtungshubes des Verdichterkolbens. Die
Ungleichheit dieser Verschiebung ist um so größer, je kürzer die Schubstange ist.
Es wird dadurch der Vorteil erzielt, daß der Betrieb des Verdichters bedeutend weniger
verändert wird als der Betrieb der Brennkraftmaschine, so claß die Leistung der
Brennkraftmaschine verändert wird, der schädliche Raum des Verdichters aber nur
eine unwesentliche Veränderung erfährt. Die beiden Kurbelwellen 31 und 32 können
zur Synchronisierung der gegenläufigen Kolben miteinander ebenfalls durch Kurbeln
und Schubstangen oder mittels Kegelrädern oder schief verzahnten Rädern und Wellen
verbunden sein.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel erfolgt die Synchronisierung
der Flugkolben durch hydraulische Gestänge. Es sind die beiden Kolben i und 3 über
ein hydraulisches Gestänge 33 und die beiden Kolben 2 und 4 durch ein hydraulisches
Gestänge 34 miteinander verbunden. Zu diesem Zweck sind die Verdichterkolben 11,
12, 13 und 14 über Schubstangen 35 mit je einem der Kolben 36 bis 39 verbunden,
welche <las hydraulische Gestänge verschieben. In den hydraulischen Gestängen
33 und 34 sind die beiden Steuervorrichtungen 4o und 41 eingeschaltet, welche clie
Zu- oder Abführung von Flüssigkeit steuern. Die beiden Kolben 36 und 38 stehen durch
einen Kipphebel 42 und die beiden Kolben 37 und 39 durch einen Kipphebel 43 miteinander
in Verbindung. Die Drehpunkte 44, 45 sind je an einem Schieber 46, 47 angelenkt.
Der'Schieber 46 wird in einem mit Steueröffnungen 48, 49 und 5o versehenen Zylinder
51 bewegt. Der Zylinder 51 ist auf der einen Seite durch die Feder 52 und auf der
anderen Seite durch eine Steuerflüssigkeit, welche durch die Leitung 53 zugeführt
wird, belastet.
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Steigt der Drehpunkt 4.a. des Kipphebels 42, so wird der durch die
Leitung 54 zuströmenden Druckflüssigkeit der Weg durch die Steueröffnung 48 freigegeben,
so daß der Inhalt des. Flüssigkeitsgestänges 33 vergrößert wird. Fällt aber der
Drehpunkt 4¢, so wird die Steueröffnung 4.8 geschlossen und dafür die Steueröffnung
5o geöffnet, so daß durch die Öffnungen 49 und 5o Flüssigkeit in dieAblaufleitung55
ausströmen kann. Der Inhalt des hydraulischen Gestänges wird dann vermindert, die
Kolben i und 3 und damit auch der Drehpunkt 44 angehoben, bis die beiden Öffnungen
48 und 5o wieder verschlossen sind. Ein entsprechender Regelvorgang stellt sich
auch heraus für das hydraulische Gestänge 34 unter der Beeinflussung der Steuereinrichtung
41.
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Beim Betrieb des Flugkolbentreibgaserzeugers werden unter der Einwirkung
der in den Arbeitszylindern 5 und 6 eintretenden Verbrennungen je zwei gegenläufige
Kolben auseinandergetrieben, so daß die in den Verdichterzylindern 7 und 8, 9 und
io enthaltenen
Gase verdichtet und durch die Förderleitungen 22
zu ihren Verbrauchsstellen gepreßt werden.- In den äußersten Hubendlagen ergibt
sich ein Luftpolster, welches die Weiterbewegung der Flugkolben verhindert. Im darauffolgenden
Hub werden die Kolben durch die hydraulischen Gestänge mittels der Kolben 36 und
37, 38 und 39 wieder in die innere Hubendlage gedrängt, wobei durch die Verdichterkolben
i i und 12, 13 und 14 frische Gase durch die Leitung 21 wieder angesaugt werden.
Gleichzeitig wird durch die Brennkraftkolben i und 2, 3 und 4 die durch die Spülleitungen
15, 16 zugeführte Spül- und Verbrennungsluft verdichtet. In der inneren Hubendlage
wird in die verdichtete Verbrennungsluft durch die Einspritzvorrichtungen 17, 18
Brennstoff eingespritzt, worauf durch die Verbrennung die beiden Kolben i und 2,
3 und 4 wieder auseinandergetrieben werden.
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Während das Kolbenpaar i und 2 in der einen Richtung sich bewegt,
bewegt sich das andere Kolbenpaar 3 und 4 unter dem Einfluß des hydraulischen Gestänges
in der anderen Richtung. Die Endlage des Verdichtungshubes des Verdicbterkoibens
ist durch das zwischen den Verdichterkolben i i und 12, 13 und 14 und den Deckeln
'der Zylinder 7 und.8, 9 und io eingeschlossene Luftpolster bestimmt. Je nachdem
der Inhalt der Flüsigkeitsgestänge größer oder kleiner ist, ergibt sich, daß die
Kolben auch einen größeren oder einen kleineren Hub ausführen. Damit wird die Endlage
des Verdichtungshubes des Brennkraftkolbens um einen größeren Betrag-verschoben
als die Endlage des Verdichtungshubes des Verdichterkolbens. Wird ein größerer Hub
ausgeführt, so entspannen sich die Verbrennungsgase auf einen niedrigeren Druck,
als wenn die Kolben einen kleineren Hub ausführen. Trotz des kleineren Hubes wird
zufolge der bei viel höheren Drücken verlaufenden Entspannung der Gase eine größere
Arbeit geleistet als bei größerem Hub und Aiedrigeren Entspannungsdrücken.
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Um auch den Gang der beiden gegenläufigen Kolben miteinander zu synchronisieren,
können, wie in Fig.4 gezeigt, durch die Flüssigkeitssäulen je ein Kolben 56, 57
beeinflußt werden, welche über ein Gestänge 58, 59 weitere Kolben 6o, 61 verschieben.
Zwischen den Kolben 6o und 61 pendelt über eine Leitung 62 geleitet ein hydraulisches
Gestänge 63, welches den einen -der beiden Kolben 6o oder 61 in der gleichen Richtung
verschiebt wie den anderen der beiden Kolben. Zur Sicherung kann ein Organ b4 vorgesehen
sein, welches bei zu hohem Druck Flüssigkeit entströmen läßt. Ferner kann durch
die Leitung 65 über ein Rückschlagorgan 66 Ersatzflüssigkeit zugeführt werden. Sollte
eine - einzige Flüssigkeitssäule zur Synchronisierung nicht ausreichen, so könnte
noch eine zweite Flüssigkeitssäule, welche die noch freien Seiten der beiden Kolben
6o und 61 miteinander verbindet, angeordnet werden.
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Genügt das Gaspolster in den Verdichterzylindern zur Hubbegrenzung
der Kolben noch nicht, so kann beispielsweise mit dem Kolben 36 (37, 38, 39, Fig.
3), wie in- Fig. 5 gezeigt, eine hydraulische Bremse verbunden werden, die einen
Kolben 67 besitzt, der in der Hubendlage in eine Bremspfanne 68 hineingleitet, in
welcher die Kolbenbewegung abgebremst wird. Im Raum 69 entsteht dann je nach der
Bremsungsintensität ein bestimmter Druck, der durch die Bohrung 70 beispielsweise
auf Steuerorgane übertragen werden kann, welche z. B. die Einspritzung des Brennstoffes
oder die Vergrößerung oder Verkleinerung von Flüssigkeitssäulen beeinflussen.
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Wenn in den Brennkraftzylindern 5, 6 durch Vergrößern der Brennräume
eine Vergrößerung der Arbeitsleistung erzeugt wird, ist es unter Umständen, insbesondere
dann, wenn der Druck der verdichteten Gase unveränderlich bleiben soll, notwendig,
daß der schädliche Raum des Verdichters abnimmt, so daß seine Förderleistung größer
wird. Zum genannten Zweck kann, wie in Fig.6 gezeigt, die Bremsvorrichtung des Flüssigkeitskolbens
36 (37, 38, 39, Fig. 3)- in der Längsachse verschiebbar angeordnet werden. Der Bremskolben
71 schließt mit dem Bremskäfig 72 einen Bremsraum 73 ein. 'Der Kolben wird also
seine äußereHubendlage immer an einer der Lage des Bremskäfigs 72 entsprechenden
Stelle erreichen. Der Bremskäfig 72 kann nun mit Hilfe des in seinem Hals angeordneten
Gewindes 74 in der Längsachse verschoben werden, so daß auch die Hubendlage
in entsprechender Weise in der Längsachse verschöben wird. , Anstatt des Gewindes
74 können auch Kolben vorhanden sein, mit deren Hilfe die Verschiebung des Bremskäfigs
stattfindet. Gegebenenfalls können durch den Bremsdruck, der durch die Bohrung7,5
im Bremskäfig weitergeleitet werden kann, bestimmte Steuervorrichtungen der Kraftanlage
beeinflußt werden.
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An die Leitungen 53 können irgendwelche Steuervorrichtungen angeschlossen
werden, so z. B. solche, die Impulse in Abhängigkeit vom Spül- oder Aufladedruck
in der Leitung 15, 16 oder in Abhängigkeit vom Verbrennungsgasdruck in die Leitungen
ig und 2o oder in Abhängigkeit von den durch die verdichteten Gase oder die Verbrennungsgase
betriebenen Kraftmaschinen oder auch in
Abhängigkeit von durch Hand
gesteuerten Einstellvorrichtungen erteilen.
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Gegebenenfalls kann auch die eine Seite der Kolben (beispielsweise
2 und 4., Fig. i und 2) anstatt unmittelbar auf einen Verdichter zunächst auf eine
Kurbelmaschine mit drehenden Kurbeln und erst von dieser auf einen Verdichter oder
auf einen elektrischen Stromerzeuger arbeiten.
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In der Fig. ; sind zwei Drucl.'t-olumenschaubilder der Vorgänge im
Brennkraftzylinder 5, 6 aufgetragen. Das eine zeigt die Verhältnisse bei kleinem
Aufladedruck (Anfangsdruck der Verdielitung po= i,2 ata, Verdichtungsenddruck 32
ata, Verbrennungsraum V, = 6°/o des Hubraumes), während das andere für hohe Aufladung
gezeichnet ist (Anfangsdruck der Verdichtung p, ---- 4 ata, Verdichtungsenddruck
5o ata, Verdichtungsraum.V1 - 13110 des Hubraumes).
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Auf der Seite des Verdichters soll ein möglichst kleiner schädlicher
Raum angestrebt werden, um damit die Wirkungsgrade auch bei hohen Förderdrücken
noch günstig zu erhalten.
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In der Fig.8 sind zwei Volumenschaubilder des Verdichters aufgetragen,
das eine ist für einen Betrieb mit niedrigem Verdichtungsdruck (p = 1,2 ata) und
das andere für einen hohen Verdichtungsdruck (p = d. ata) aufgetragen. In beiden
Fällen ist der Verdichtungsraum V, ungefähr gleich groß.
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Die Veränderungen der Hubendlage können entweder ini gleichen Sinn
oder in einander entgegetigesetzem Sinn je nach dein Verwendungsbereich der Flugkolbenkraftanlage
erfolgen. Es empfiehlt sich, zur Vereinfachung den schädlichen Raum des Verdichters
überkaupt unveränderlich zu halten.
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Zur Regelung der Hubendlagen können irgendwelche Betriebsgrößen herangezogen
werden, so z. B. die Belastung, die Drehzahl oder andere Größen der Maschinen, welche
entweder durch die Verbrennungsgase des Brennkraftzvlinders oder die verdichteten
Gase des Verdichterzvlinders betrieben werden. Es können aber auch Impulse in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen der Flugkolbenmaschinen selbst entnommen «-erden. Gegebenenfalls
können auch die Brennstoffänge zeitlich und hinsichtlich der Brennstoffmenge in
Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Flugkolbenkraftmaschine geregelt werden. So
können beispielsweise in Abhängigkeit von den Endlagen die Einspritzvorgänge eingeleitet
oder in Abhängigkeit von bestinnnten Kolbenstellungen oder Belastungen eine Voreinspritzung
bestimmt «-erden, welche dann eine Bremsung der Kolben und damit die Festlegung
der Hubendlage bewerkstelligen. Bei 'Maschinen, welche zur Synchronisierung gegenläufiger
Kolben Kurbelwellen und Schubstangen verwenden, können auch die Kurbeln um weniger
als i8o° versetzt sein, um eine bestimmte Verlagerung der Kolbengeschwindigkeiten
und der Kräfte zu erzielen. Schließlich können die Kurbeln und die Schubstangen
auch so angeordnet sein, daß ein Totpunkt der Kurbeln überschritten wird, so daß
die Kurbeln einen Winkel durchlaufen, welcher sogar größer als i8o° sein kann, jedoch
kleiner als 36o° sein muß. Die Hubendlage- des Flugkolbens ist damit durch den Totpunkt
der Kurbel bestimmt, während die andere Hubendlage verschoben werden kann.
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Das zu verdichtende Gas kann beispielsweise in Form von Luft aus der
Atmosphäre angesaugt werden und in verdichtetem Zustand zum Teil zur Spülung und
zur Verbrennung herangezogen und zum Teil unmittelbar zum Betrieb von Kraftmaschinen,
beispielsweise Luftturbinen, oder Druckluftwerkzeugen verwendet werden. Die Abgase
können zu einer Kraftmaschine, beispielsweise einer Abgasturbine, strömen, in welcher
ihre Energie noch vollständig ausgenutzt wird. Die Abgase können auch, beispielsweise
um ihre Temperatur zur Schonung der Turbine zu erniedrigen, mit der vom Verdichter
geförderten Luft vermengt werden. Es wird dann die Lufttemperatur erhöht und die
Abgastemperatur erniedrigt. Durch die Erhöhung der Lufttemperatur wird einerseits
eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt und andererseits durch Erniedrigung
der Abgastemperatur die Abgasturbine geschont.