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Prennkraftverclichter mit gegenläufigen Freiflugkolben Die Erfindung
bezieht sich auf einen Brennkraftverdichter mit gegenläufigen Freiflugkolben, welche
untereinander durch ein Synchronisierungsgestänge verbunden sind; das einen um eine
ortsfeste Achse drehbaren Schwinghebel und zwei Schubstangen umfaßt, die die -Enden
des Schwinghebels mit den gegenläufigen Kolben verbinden.
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Es ist schon bekannt, die Strecklage des genannten Synchronisier.ungsgestänges
zur Begrenzung des Kolbenhubes auszunutzen. Bei den bekannten Einrichtungen stellt-jedoch
die Erreichung der Strecklage und der Hindurchgang durch diese nur einen im Grunde
unzulässigen Sonderfall dar, weswegen bei. der bekannten Einrichtung der Hindurchgang
des Synchronisierungsgestänges durch die. Strecklage auf die Brennstoffzufuhr im
Sinne einer Abstellung der Maschine einwirkt. Bei der bekannten Einrichtung sind
Federn o. dgl. vorgesehen, um den Hindurchgang des-Synchronisierungsgestänges durch
seine Strecklage zu erleichtern und um vor allem das Auftreten unzulässig hoher
Beanspruchungen. in den-b Synchronisierungsgestänge in 'dein genannten Augenblick
zu vermeiden.
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Der Gegenstand* der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von
der bekannten Einrichtung grundsätzlich schon dadurch, daß die durch die Strecklage
des Synchronisierungsgestänges gekennzeichnete äußerste Totpunktstelrung der Kolben
eine zu dem normalen Verdichterbetrieb gehörende Kolbenstellung ist, die mindestens
zeitweilig,
vielfach aber, wenn -es sich nämlich um Flugkolbenverdichter
mit unveränderlicher äußerer Kolbentotpunktstellung handelt, bei j eder#Hub erreicht
wird.
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Gemäß der Erfindung wird mit dem chronisierungsgestänge, vorzugsweise
gleich-'--, achsig mit der Drehachse des Schwinghebels des Synchronisierungsgestänges,
ein Schwungrad verbunden, das in dem Augenblick, in dem das Synchronisierungsgestänge
durch seine Strecklage hindurchgeht, seine Drehrichtung beibehält und so nicht nur
den Hindurchgang des Synchronisierungsgestänges durch seine Strecklage. in äußerst
wirksamer Weise erleichtert, sondern auch noch nach dem Hindurchgang durch die Strecklage,
unter Abgabe der in ihm aufgespeicherten lebendigen Energie, die Rückkehrbewegung
der Kolben in ihre innere Totpunktstellung in erheblichem Maße unterstützt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Er= findung ist die Masse des
Schwungrades veränderlich. Durch Hinzuschalten von Massen zu dem Schwungrad bzw.
durch Abschalten von Massen von dem Schwungrad wird die Hubzahl der Flugkolben in
der Zeiteinheit und somit die Liefermenge des Verdichters in der Zeiteinheit trotz
gleichbleibender äußerer Totpunktstellung der Flugkolben verändert. Da die Verringerung
der Kolbengeschwindigkeit mit einer Vergrößerung des Schwungradgewichtes verbunden
ist, kann die für die Rückführung der Kolben in ihre innere Totpunktstellung ausnutzbare
Sch-,vungradenergie wenigstens annähernd konstant gehalten werden; so daß ohne Verwendung
der sonst vielfach üblichen zusätzlichen pneumatischen Energiespeicher - der stabile
Lauf des Verdichters auch bei veränderlicher Leistung gesichert ist.
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Die Erfindung kommt aber auch dann in Frage, wenn die Kolbenhublänge
veränderlich ist und nur bei der größten Kolbenhublänge die. Strecklage des Synchronisierungsgestänges
erreicht, und somit das Schwungrad in dem genannten Sinne wirksam gemacht wird.
In diesem Falle ist außer # dem Schwungrad auch noch ein pneumatischer, zusätzlicher
Energiespeicher vorzusehen, der derart ausgebildet sein muß, daß er bei allen Hüben
unterhalb des größten Hubes lediglich zusammen mit - dem oder den Totraumpolstern
der Verdichterzylinder die zur Rückführung der Kolben notwendige Energie liefert,
während andererseits während des größten Kolbenhubes die Summe der Energien des
zusätzlichen pneumatischen Energiespeichers,- das oder der Totraumpolster der Verdichterzylinder
und des Schwungrades unterhalb der oberen für die Rückführenergie zulässigen Grenze
bleiben muß. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. i schematisch eine erste Ausführungs--form der Erfindung im
Schnitt.
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Ib"Die Fig. z und 3 stellen in Ansicht von Mer Seite mit einzelnen
geschnittenen Teilen und im Grundriß, ebenfalls mit einzelnen geschnittenen Teilen,
eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit veränderlicher Schwungradmasse dar.
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Fig.4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise einer dritten
Ausführungsform der Erfindung, bei der außer dem Schwungrad auch noch eine pneumatische
Energiespeichervorrichtung vorgesehen ist.
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Die in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Brennkraftverdichter
sind in üblicher Weise mit zwei Brennkraftkolben il, z2 versehen, die im entgegengesetzten
Richtungssinn in einem gemeinsamen Brennkraftzylinder 2 arbeiten. Jeder der beiden
Brennkraftkolben ist mit einem Verdichterkolben 31 bzw:. 32 verbunden. Die Verdichterkolben
31 und 32 arbeiten in Verdichterzylindern 41 und 42.
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Die gegenläufigen Kolben sind untereinander durch ein Synchronisierungsgestänge
verbunden, das Abts zwei Schubstangen 51, 52 und einem um die Achse O schwingbaren
Hebel 6 besteht. Die äußerste Totpunktstellung der Kolben ist durch die Strecklage
dieses Gestänges gegeben. Sobald die Kolben diese äußerste Totpunktstellung erreichen,
geht das Synchronisierungsgestänge durch seine Strecklage hindurch, wobei der Schwinghebel
6 seine Drehrichtung beibehält. Der Schwinghebel ist mit einem.hin -und her schwingenden
Schwungrad 7 von bestimmter Masse fest verbunden. Die in Rede stehende kinematische
Verbindung kann derart beschaffen sein, daß der Ausschlagwinkel X'-Y-X2 des Schwinghebels
6 symmetrisch zu der Längsachse der Zylinder liegt und daß der Punkt Y, der in der
axialen Längsebene der Maschine liegt, einem der Totpunkte der Verdichterkolben
31 und 32 entspricht.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. i bis 3 werden die äußeren Totpunkte
durch den Hindurchgang des oder der Schwinghebel 6 durch die Stellung 0-Y festgelegt.
Die Lieferung der Verdichter ist also konstant. Die-Energie, welche die Kolben in
ihre innere Totpünktstellung zurückbringt, wird durch die Summe der pneumatischen
Energien gebildet, die in den Totraumpolstern der Verdichterzylinder steckt, und
ferner durch die kinematische Energie, die während des motorischen Hubes in dem
Schwungrad 7 aufgespeichert worden ist.
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Der Gang der Maschine mit verringerter Liefermenge oder der Leerlauf
der Maschine
kann dadurch herbeigeführt werden, daß der Ausschlagwinkel
der Hebel 6 auf einen Wert verringert wird; der geringer ist als der Winkel.X1;0-Y,
so daB die Kolben 31 und 32 nicht den Punkt erreichen, der der äußeren kinematischen
Stellung des Verbindungsgestänges entspricht. Diese Wirkung läßt sich z. B. dadurch
erzielen; daß die 'Brennstoffeinspritzung in geeigneter Weise; zweckmäßig automatisch,
dementsprechend geregelt wird. Der ununterbrochene Lauf der Maschine kann in diesem
Falle in bekannter Weise durch zusätzliche Luftpolster gesichert werden, .die sich
im Innern von zusätzlichen Polsterräumen 81 und 82 befinden. Diese zusätzlichen
Polsterräume sind z. B. in die Kolben 31 und 32 hineingearbeitet und werden durch
feste Stangen oder Kolben 91 und. 92 begrenzt. Die Rücliführenergie der Kolben
wird in diesem Falle durch die Summe der elastischen Energien der Totraümpolster
der Verdichterzylinder und der Polster der zusätzlichen Polsterräume 81 und 82 geliefert.
Wenn das die Kolben verbindende Gestänge nicht den äußeren kinematischen Totpunkt
erreicht, hat das hin und =her schwingende Schwungrad 7 keinen Einflüß auf den Rückkehrhub
der Kolben.
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In dem Diagramm der Fig. q. sind die Rückführenergien e für die Kolben
in, Abhängigkeit von dem Förderhub r dargestellt, und zwar entspricht die Kurve
m der Energie der Totraumpolster in den Verdichterzylindern, die Kurve c der .Energie
der -zusätzlichen Polsterräume 81 und 82 und die Kurve t der Summe dieser beiden
Rückfülirenergien, während schließlich a, b die kinetische Energie, ist,
die in dem Schwungrad 7- im Totpunkt der Kolben aufgespeichert ist. .
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Die Abmessungen der Polster der zusätzlichen Energiespeicher 81 und
82, . die Masse des Schwungrades 7 und die Menge des bei der größten Fördermenge
eingespritzten Brennstoffes werden zweckmäßigerweise derart gewählt, daß die Kurve
t ihr Minimum im Punkte a hat, daß ferner dieser Minimalwert ausreicht, um die Verdichtung
im Motorzylinder zu bewirken, und daß schließlich die kinetische Energie a, b des
Schwungrades 7 im kinematischen Totpunkt nur einen geringen Wert zu 'haben braucht,
um einerseits die Maschine den Totpunkt ohne Schwierigkeiten durchschreiten zu lassen,
- und um andererseits den zwar noch " ausreichenden, aber nicht mehr ,sehr günstigen
Wert a der Rückführenergie auf den wesentlich günstigeren Wert b zu vergrößern.
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Man kann aber auch, wie dies in den Fig. 2 und 3 därgestellt ist,
die Änderung der Liefermenge einer Maschine mit Freiflugkolben, unabhängig von der
Natur der zwisehen den Freiflügkölben vorgesehenen Verbindungen, auch durch Veränderung
der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine bewirken, und zwar kommt eine solche Art
der Veränderung vor allem bei Maschinen in Frage, bei denen der äußere Totpunkt
durch die kinematische Verbindung zwischen den Flugl@olben festgelegt ist. Zu dem
genannten Zweck kann die Masse des hin -und her schwingenden Schwungrades 7, veränderlich
gemacht werden. Beispielsweise können mit dem Schwungrad. zusätzliche Scheiben ii'
und 112 zusammenarbeiten, die frei auf der Achse 12 des -Schwungrades aufgelagert
sind und gleichzeitig auf dieser Achse unter der Wirkung der magnetischen -Anziehungskraft
von Spulen 131 und 132 gleitbar sind. Diese Spulen, die in einem beliebigen
Zeitpunkt mit einem elektrischen Strom- gespeist werden können, rufen auf diese
Weise eine Annäherung einer oder mehrerer - Scheiben i i', i i' an das Schwungrad
7 hervor, wodurch zwischen den genannten Teilen, z. B. durch den Eingriff von Zapfen
14 in Ausnehmungen 15, eine Antriebsverbindung geschaffen wird. Selbstverständlich
kann aber auch während des Ganges der Maschine irgendeine andere Verbindung zwischen
den Scheiben hergestellt werden, öder diese Scheiben können auch auf irgendeine
andere , Weise betätigt werden.
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Die letztgenannte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, den
ungestörten Lauf der Maschine auch ohne Hinzufügung von zusätzliche Kompensationspolster
enthaltenden Energiespeichern zu sichern, da bei , dieser Ausführungsform ,auch
die Veränderungen , des inneren Totpunktes selbsttätig begrenzt werden. Dies liegt
daran, daß einerseits die pneumatische Energie der Totraumpolster- des oder der
Verdichterzylinder unverändert bleibt und andererseits die kinetische Energie des
Schwungrades bei den verschiedenen Arbeitsgeschwindigkeiten ebenfalls im wesentlichen
unverändert bleiben kann, indem nämlich die Masse des Schwungrades abnimmt, je mehr
seine Geschwindigkeit zunimmt,- und umgekehrt.
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Es, sei nochmals darauf- hingewiesen, daß im vorstehenden nur Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben - sind, auf welche die Erfindung- nicht beschränkt ist.