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Freikolbenmaschine mit freier äußerer Hubendlage Die Erfindung betrifft
eine Freikolbenmaschine mit freier äußerer Hubendlage. Bei bekannten Regelungen
wird die Brennstoffzufuhr zwar in Abhängigkeit von der Hubendlage geregelt, jedoch
nur in Abhängigkeit von einem Mittelwert verschiedener aufeinanderfolgender Hübe,
so daß mit diesen bekannten Regelungen ein sofortiges Ansprechen auf die Änderung
der Verhältnisse in jedem einzelnen Hub nicht zu erreichen ist. Bei Anlagen mit
großen und plötzlichen Leistungsän#derungen im Kompressor bzw. im Förderdruck des
Kompressors bietet eine Regelung in Abhängigkeit des Mittehvertes verschiedener
aufeinanderfolgender Hübe deshalb nicht genügend Sicherheit.
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Die Erfind#ung soll nun die Aufgabe lösen, daß auch bei den größten
Belastungsschwankungen die Regelorgane mit Sicherheit im nächsten Hubspiel auf die
neue Belastung eingestellt werden und daß insbesondere der Ablauf des Regelvorganges
verkürzt wird. Die Erfindung besteht darin, daß eine Regelvorrichtung vorgesehen
ist, die in jedem Hubspiel der Freikolben aus einer Anfangsstellung mittels eines
in Abhängigkeit von der äußeren Huhendlage arbeitenden Antriebes in ihre Regelstellung
gebracht wird. Vorzugsweise ist ein Sperrwerk, vorgesehen, weleh-es die Reggelvorrichtung
in ihrer Regelstellung festhält und selbsttätig die Rückkehr der Regelvorrichtung
in die Anfangsstellung spätestens vor der nächsten Einstellung freigibt.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Ffig. i zeigt eine Freikolbenmaschine, Fi-. 2 die Regelvorrichtung
für die Brenn-23 t' el stoffzufuhr zum Brennraum einer Maschine nach Fig. i, Fig.
3 ein Diagramm für die Ausbildung Lind die gegenseitige Stellung der Antriebsnocken
für die Regelvorrichtung nach Fig. 2, Fig. 4 eine Regelvorrichtung für die Brennstoffzufuhr
mit einer als mechanisches Gestän-e ausgebildeten Sperrvorrichtung.
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Die Brennkraftmaschine i in Fig. i hat zwei FreikolbCn 2 und 2, die
sich gegenläufig in dem Brennkraftzylinder 3 bewegen und in
den
Verdichterzylindern 4 und 4' Luft verdichten, die über die Saminelleitung
5 dein Brennkraftzylinder i durch die Spül- und. Aufladeschlitze
6 zur Treibgaserzeugung zu:-# -eführt wird. Aus dem Z ylinder 3 werd#,ii'"
die Treib- ase über die Auspuffschlitze 7 Unr' die Leitung 8 einer
Treibgaskraftmaschinel' der Turbine 9, zugeführt, die den Generator io antreibt.
Die Gegenläufigkeit der Freikolben2 und 2' wird mittels des Synchronisiergestänges
i i und i i' gewährleistet, dessen Schwingliebel 12 sieh um die Achse 13 dreht.
Es kann aber auch die verdichtete Luft nur zum Teil dein Brennkraftzylinder
3 oder ihm gar nicht zuggeführt und für andere Zwecke als zur Treibgaserzeugung
verwendet werden. Im letzteren Falle wäre auch keine Treibgaskraftmaschine
9 vorhanden. Die NTockenwelle 15 bewegt sieh mit der Welle
13.
Sie kann anstatt mechanisch, auch auf andere Art mit der #-N7elle 13 gekuppelt
sein.
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Der Nocken16 auf der Welle 15 (Fig.2-) treibt über den Hebel 17, der
sich um die Welle 18' dreht, den Kolben ig der Niederdruckbrennstoffpumpe 20 an.
Diese saugt den Brennstoff aus der Saugleitung21 durch das Saugventil 22 an und
fördert die abgemessene .Menge durch die NiederdruckbrennstoffleitUng
23 und das Ventil 24 in den PumpenraUM 25 der HochdruckpUMpe
26, deren Kolben 27 durch Flüssigkeit unter hohem Druck im Raum 28
betätigt wird. Die HochdruckbrennstOffleitung 30 wird durch das Druckventil
29 von der Hochdruckpump.c 26 abgeschlossen und führt zum Einspritzventil
31,
das am Brennkraftzylinder 3 (Fig. i) angeordnet ist und dessen
Nadel 32 durch die Feder 33 belastet wird.
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-Der Speicher 35 für Hochdruckflüssigkeit steht unter einem
Druck von mehreren hundert Atmosphären und wird von einer nicht (sezeichneten Druckpumpe
über die Leitung 36 gespeist. Die Leitung 37 führt zum Gehäuse
38 des Steuerschiebers 39, der den Zu-und Abfluß von Hochdruckflüssigkeit
zum und vom kaum 28 steuert. Die Leitung 4o verbindet das Gehäuse 38 mit
dem Raum:28. Der Auslaß 41 für Hochdruckflüssigkeit führt z. B. zum Vorratsbehälter,
aus welchem die vorgenannte Druckpurnpe die Hochdruckflüssigkeit wieder ansaugt.
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Der Schieber 39 wird vom Zwischenschieber 43 im Gehäuse 4.4
betätigt. Letzterer wird durch die Feder 45 nach unten gedrückt und weist in seinem
unteren Teil einen Stempel -[6 auf, dessen Rolle mit dem Nocken 47 zusammenarbeitet.
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Das Gehäuse,44 ist durch die Leitungen 48 und 49 mit dem Gehäuse 5o
des Entlastungsschiebers p verbunden, der 4en Zufluß von 2iner Druckflüssi,-1,zeit
niederen Druckes aus der Leitung el 52 züm Raum 53 im Zwischenschieber
43 und ebenso deren Abfluß aus .diesem Raum zur Abflußleitung 54 steuert. :-Per
Entlastungsschieber 51 wird mittels der "#,ed#er 55 heruntergedrückt und
vom Nocken 56 betätigt.
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Das Sau-ventil 22 wird vom Hebel 17 über
den Doppelhebei
57, der sich um den Exzenter 58 dreht, beim -Niedergang des Plungers
ig angehoben und beim Druckh-Lib dieses Plungers früher oder später entsprechend
der Stel-lung des Exzenters 58 zum Abmessen einer bestimmten Brennstoffmenge
geschlossen. Auf t' Z,
der Regelwelle 59 ist außer dem Exzenter
58
auch der Hebel 6o befestigt, dessen freies Ende sowohl mit der Regelvorrichtung,
dem Kolben 61 im Zylinder 62, der durch die Feder 63 belastet wird,
als auch. mittels des Lenkers 64 mit dein Winkelhebel 65 verbunden ist. Dieser
dreht sieh um den Exzenter 66 und wird von dem auf der Welle 15
verschieblich
gelagerten Nocken 67 betätigt. Der Lenker 64 ist mit einem Schlitz
68 versehen. Der Nocken 67 wird mittels der Gabel 69, die mittels
der Welle 7o gedreht wird, verschoben. Der 2#,7ocl,-en 67 hat ein höheres
Profil 6;7u und ein kleineres Profil 67b, die durch ein Übergangsstück miteinander
verbunden sind, um z. B. im Leerlauf eine andere Regelkurve zu erzielen als bei
Vollast und andern Belastungen. Außerdem können die Neil-ungen der Auflaufbahnen
für die beiden Profile 67a und 67 b verschieden sein, auch dann, wenn die
Nockenhöhe von 67a und 67b
gleich groß sein sollte. Die Welle 70 wird
z . B. entsprechend der Belastung der Freikolbenmaschine mit der Hand oder
in Ab-
hängigkeit vom Treibgasdruck verstellt. Aus der Leitung 71, wird über
das selbsttätig arbeitende Rückschlagventil 72 und den Leitungen
73 und 74 ein 7. B. nicht konipressibles Druckmittel zugeführt. Am
Ende der Leitung 73 ist das Ablaßorgan 75 vorgesehen. das durch die
Feder 76 nach unten gedrückt wird und über den StÖßel 77 vom NOcken
78
angetrieben wird. Der Exzenter 66 wird mit-tels des Hebels
79 durch den Kolben 8o eingestellt, der einerseits z. B. vom Treibgasdruck-
im Zylinder 81, andererseits durch die Feder 82 bilastet wird.
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Die Wirkungsweise ist die folgende: Die Regelvorrichtung, der Kolben
61, wird in jedem Hubspiel der FreikOlbe112, 2' Inittels des aus dem Nocken
67, dein Winkelhebel 6,9 und dem Lenk-er 64 bestehenden Antriebes
von der Anfangsstellung 1 in eine Regelsteilung II gebracht. Der Nockenantrieb
64 bis 67 arbeitet dabei in Abhängigkeit von der äußeren Hubendlage der Freikolben
2, 2'.
Wenn nämlich die Freikolben 2, 2' (Fig. 1)
bei der Auswärtsbewegung
vom inneren Totpunkt
ITP zum äußeren Totpunkt ATP bei m (Fig.
3) angelangt sind, beginnt die Rolle des Hebels 65 auf den Nodken
der Scheibe 67
aufzulaufen. Infolgedessen werden der Kolben 6 1 und
der Hebel 6o nach unten gezogen. in Übereinstimmung mit der gemäß der Linie A (Fig.
3) ausgebildeten Nockenbahn, bis die Freikolben 2, :2' ihre äußere Hubendlage
erreicht haben.
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Je mehr die äußere Hubendlage der Freikolben 2, 2' nach außen verschoben
wird, um so weiter ist die Regelstellung 11 des Kolbens 61 von seiner Anfangslage
1 entfernt. Infol&edessen ist das Saugventil 22 desto länger offen und
somit die für die nächste Einspritzung abgemessene Brennstoffmenge desto kleiner.
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Der Kolben 61 wird nun in der Regelstellung II durch ein Sperrwerk
festgehalten, wenn die Freikolben 2, -Z bei ihrer Rückkehr zur inneren Totpunktstellung
unter der Wirkun g des Diluckes der restlichen Luft in den schädlichen Räumen
der Verdichterzylinder 4, -# oder einer anderen bekannten Rückführvorrichtung für
die Kolben :2, 2' die Welle 15 im Sinne des Pfeiles 83 aus der Stellung Ill
gegen die Stellung IV drehen. Dabei bleibt die Rolle des Hebels 65 unter
dem Einfluß der Feder 84 in Berührung mit der 'Nockenscheibe 67; weil aber
die Rückkehr der Regelvorrichtung, des Kolbens 61, in die Anfangsstellung gesperrt
ist, bewegt sich das Gelenk 85 des Hebels 65 im Schlitz
68.
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In Fig. 2 ist das Sperrwerk des Kolbens 61 hvdraulischer Art, indem
eine im Zylinder 62,
den Leitungen 73 und 74, zwischen dem Rückschlagventil
72 und dem Ablaßorgan 75
eingeschlossene Sperrflüssigkeit den Kolben
61 in der Regelstellung 11 hält. Dieser Regelstellung II -entspricht eine
bestimmte Stellung des Exzenters 58 und somit ein bestimmter Zeitpunkt des
Schließens des Saugventils 22 entsprechend einer bestimmten Lage des Niederdruckpumpenkolbens
ig. Somit wird eine bestimmte`Brennstoffmenge abgemessen, wenn beim Einwärtshub
-der Freikolben:2, .2' der Nocken 16. der die Form der Nockenbahn F (Fig.
3') hat, den Pumpenkolben 19 anhebt. Nachdem das Saugventil -92 geschlossen
ist, #vird die abgemessene Brennstoffmenge dem Raum 25 der Hochdruckpumpe
26 zugeführt. Dabei liebt sich der Plunger 27 vom Anschlag 86'ab.
In der Stellung k (Fig. 3) des Einwärtshubes der Freikolben
2, 2' hat der Pumpenkolhen ig seine höchste Lage erreicht und die ganze abgemessene
Menge in den Raum 25 hinübergeschoben, so daß das Ventil 24 schließt.
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Haben die Freikolben 2, 2' die Lage ib (Fig. 3) erreicht, so
hat die Nockenscheibe 78
den StÖßel 77 so weit angehoben, daß das
Ab-
laßorgan 75 die Leitung 73 mit dein Auslaß 87 verbindet.
Infolg dessen hebt die Feder ele 63 den Kolben 61, drückt das im Zylinder
62
befindliche Druckmittel zum Auslaß 87 hinaus und bewirkt die selbsttätige
Rückkehr der Regelvorrichtung 61 in die Anfangsstellung I.
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Gleichzeitig hat die entsprechend der Linie E (Fig.
3) ausgebildete Nockenscheibe 56 den Schieber 51 absinken lassen,
bis in der Stellung it (Fi-. 3) der Freikolben 2, 2' die Leitung
5:2 mit der Leitung 48 verbunden wird und der Abfluß 54 von der Leitung 49
abgesperrt ist. Sobald nun der gemäß der Linie D (Fig. 3) geformte
Nocken 47 den Stempel 46 und den Schieber 43 anhebt, bis die Kante 88 den
Zufluß von Druckmittel aus der Leitung 52 zum Raum 53 freigibt, wird
der Schieber 43 in seine oberste Endlage gebracht. Demzufolge sperrt der Schieber
39
den Raum 28 von dem Abfluß 41 ab und verbindet ihn init dem Speich#erraum
35. Nun tritt Hochdruckflüssigkeit in den Raum 28 ein und drückt den
Hochdruckpumpenkolben 27
herunter, so daß der Brennstoff aus dem Raum
25 durch das Druckventil 29 und das Einspritzventil V unter Anheben der Nadel
32 in den Brennkraftzylinder 3 eing#esPritzt ,vird. Die Einspritzung
hört auf, sobald der Kolben 27 auf dem Anschlag 86 angelangt ist.
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Bei der nun folgenden #Jerbrennung im Brennkraftzylinder
3 werden die Freikolben 2, 2' 21,11seinandergetrieben. Die Welle 15 dreht
sich entgegen dem Pfeil 83. Zuerst senkt sich der Stempel 46 beim Ablauf
sein-er Rolle vom Nocken 47. Doch bleibt der Schieber 43 noch in sein-er oberen
Endstellung, denn das Druckmittel im kaum 53 steht noch unter Druck, bis
der Schieber 5 1 durch den Nocken 56 so weit angehoben ist, daß er
die Verhin-Jung zwischen den Leitungen 52 und 48 unterbricht, hingegen die
Leit1111949 und damit den Raum 53 mit dem Abfluß 54 verbindet. Das Druckmittel
entweicht, und der Schieber 43 geht unter dem Druck der Feder 45 herunter, nimmt
den Schieber39 mit, der wiederum den Raum 28 der Hoch#druckpumpe 26 vom Speicherraum
35 absperrt und ihn mit dem Ablauf 41 verbindet. Gleichzeitig ist durch Ablauf
des Stößels 77 vom Nocken 78
clas Ablaßorghn 75 abg--senkt und
die Leitung 73 geschlossen worden. Schließlich senkt sich
heim Ablauf
der Rolle des Hebels 17 VOM
Nocken 16 auch der Niederdruckpumpenkolben- ig,
das Sauigventil 22 hebt sich, so daß erneut Brennstoff von der Niederdruckpumpe
2o angesaugt wird. Damit sind sämtliche Organe in die gezeichnete Stellung zurückgekehrt,
und ein neues Spiel schließt sich dem beschriebenen an.
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An Stelle des Kolbens 61 im Zylinder 62
in Fig. 2 ist in Fig.
4 der Hebel 95 als Regelvorrichtung
vor- esehen, der auf
;der Regelwelle59 aufgekeilt, von dem Nockenantrieb 65, 67 in der für die
Ausführungsform von Fig. 2 beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Hubendlage
der Freikolben 2, 2' von der AnfangsstellungV in die RegelstellungVl entgegen der
Wirkung der Feder 96 gebracht wird. Als Sperrvorrichtung dient der Sperrhebel
97, der durch die Feder 98 gegen -den Kreissektor 99 des Hebels
95 gepreßt wird und die selbsttätige Rückkehr der Regelvorrichtung95 in die
AnfangsstellungV so lange verhindert, bis der Sperrhebel 97 durch den Nocken
78 vom Kreissektor 99 abgehoben wird und den Hebel 95 freigibt.
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Die Einwirkung der Reggelvorrichtung 95
auf das Saugventil 22
mittels der Regelwelle _#q und des Exzenters 58 und somit auf die Abmessung des
Brennstoffes in der Niederdruckpumpe:2o ist dieselbe, wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 bereits beschrieben. t'