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Flugkolben-Treibgaserzeuger Die Erfindung bezieht sich auf einen Flugkolben-Treibgaserzeuger
mit durch geregelte Brennstoffeinspritzung veränderlichem Kolbenhub und dadurch
veränderlicher Ausstoßmenge und mit veränderlichem Ausstoßdruck, wobei der Brennkraftteil
des Treibgaserzeugers im Zweitaktverfahren arbeitet.
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Unter einem Flugkolben-Treibgaserzeuger wird eine Maschine verstanden,
bei der die in einem oder mehreren Verdichterzylindern erzeugte Druckluft dem Brennkraftteil
als Spül-und Speiseluft zugeführt wird und bei der ferner die Verbrennungsgase beim
auswärts gerichteten Kolbenhub nicht bis etwa Atmosphärendruck, sondern bis auf
einen dem Druck der Spül- und Speiseluft entsprechenden Druck entspanntwerden. Dementsprechend
tritt aus den Auspuffschlitzen des Brennkraftzylinders ein unter Druck stehendes
heißes Gemisch aus Spülluftüberschuß und unvollständig entspannten Verbrennungsgasen
aus, und dieses Gemisch stellt die zu erzeugenden Treibgase dar, die z. B. in einer
Gasturbine Arbeit leisten. Bei einer solchen Maschine ist
also der
Ausschubdruck des oder der Verdichterzylinder praktisch gleich dem Druck der Spül-
und Speiseluft des Motorzylinders und ebenfalls praktisch gleich dem Druck der Treibgase,
wobei diese untereinander annähernd gleichen Drücke in weiten Grenzen veränderlich
sein müssen.
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Die mit der Veränderlichkeit des Lieferdruckes des Treibgaserzeugers
zusammenhängende Veränderlichkeit des Spül- und Speisedruckes des Brennkraftzylinders
hat auch einen Einfluß auf die innere Totpunktstellung der Flugkolben. Dies liegt
daran, daß der Verdichtungsenddruck im Brenukraftzylinder trotz der Veränderlichkeit
des Speisedruckes nur verhältnismäßig wenig veränderlich ist. Wenn der Lieferdruck
des Treibgaserzeugers und damit der Speisedruck des Brennkraftzylinders niedrig
sind, müssen sich die Kolben nach Abdeckung der Ein- und .'#,uslaßschlitze des Brennkraftzvlinders
wesentlich weiter nach innen bewegen, um einen bestimmten. für die gute Brennstoffverbrennung
notwendigen Verdichtungsenddruck in diesem Zylinder zu erzeugen, als wenn der Förderdruck
des Treibgaserzeugers und damit der Speisedruck des Brennkraftzylinders hoch sind.
Im erstgenannten Falle liegt also die innere Totpunktstellung wesentlich weiter
nach innen als im zweitgenannten Falle.
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Die Druck- und Hubverhältnisse bei einem solchen Treibgaserzeuger
liegen also wesentlich anders als bei einem gewöhnlichen Flugkolbenbrennkraftv erdichter,
bei dem die im Verdichterteil verdichtete Luft und ihre Drücke von der Spül- und
Speiseluft des Brennkraftzy lindern völlig unabhängig sind. Der Speisedruck des
Brennlsräftzylinders und die innere Totpunktstellung der Flugkolben sind bei einem
Flugkolbenbrennkraftverdichter praktisch unveränderlich. Bei den bekanntenFluglzolbenbrennkraftverdichtern
ist außerdem aber auch noch der Förderdruck der Verdichterzylinder unveränderlich.
Dies hat zur Folge, daß die Energie, welche dazu dient, die Flugkolben nach ihrem
auswärts gerichteten Arbeitshub in die Verdichtungsstellung auf der Brennkraftseite,
d. h. in ihre innere Totpunktstellung zurückzubewegen, im wesentlichen konstant
bleiben kann.
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Gänzlich anders ist jedoch die Sachlage bei Treibgaserzeugern, bei
denen die Veränderung des Förderdruckes und die damit in Zusammenhang stehende Veränderung
des Ausschubdruckes der Verdichterzy linder, des Spül-und Speisedruckes des Brennkraftzylinders
und die Veränderung der inneren Totpunktlage der Flugkolben eine besondere Regelung
der Rückführenergie notwendig machen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß man schon vorgeschlagen hat, die Größe
der Rückführenergie in Abhängigkeit vom Treibgasdruck zu regeln. Die bekannte Regelungsvorrichtung
arbeitet jedoch verhältnismäßig langsam und ergibt insbesondere bei den Übergangsperioden
von einem Betriebsdruck zu einem anderen nicht immer befriedigende Resultate.
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Um dem abzuhelfen, wird erfindungsgemäß eine Steuervorrichtung für
die Rückführenergie vorgesehen, die entweder unmittelbar durch den Höchstdruck im
Brennkraftzylinder oder durch die von diesem Höchstdruck abhängige Beschleunigung
der Flugkolben beeinflußt wird. Sobald also der Höchstdruck einen zu kleinen oder
zu großen Wert annimmt. wird sofort die Rückführenergi@ erhöht oder verringert,
um den gewünschten Höchstdruck im Brennkraftzylinder wiederherzustellen.
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Da sich die Rückführenergie bei Treibgaserzeugern, welche die Luft
in dem oder den Verdichterzylindern während des auswärts gerichteten Kolbenhubes
verdichten. in der Regel aus der in denTotraumpolstern des oder der Verdichterzy
linder steckenden Energie und einer zusätzlichen Energie zusammensetzt, wirkt die
genannte Steuervorrichtung auf die zusätzliche Rückführenergie ein. Diese zusätzliche
Rückführenergie wird vorzugsweise durch einen oder mehrere bekannte zusätzliche
Polsterräume geliefert, die beim Auswärtshub der Kolben Energie in sich aufspeichern,
um diese beim Einwärtshub «-feder an die Kolben abzugeben. Zur Lieferung der zusätzlichen
Rückführenergie können aber auch andere Mittel dienen. Zum Beispiel kann diese zusätzliche
Rückführenergie dadurch erzeugt werden, daß die Luft in den oder die Verdichterzylinder
unter Überdruck eingelassen wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar stellt die Abbildung einen Schnitt durch einen Treibgaserzeuger mit gegenläufigen
Flugkolben und einer Steuervorrichtung gemäß der Erfindung dar.
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Der Flugkolben-Treibgaserzeuger ist in bekannter Weise mit zwei Stufenkolben
21. 2' versehen, die sich gegenläufig bewegen. Die innengelegenen Teile der Stufenkolben
stellen zwei Brennkraftkolben dar, die gegenläufig in einem Brennlzraftzvlinder
i arbeiten. An diese inneren Teile der Stufenkolben ist ein zweiter Kolben größeren
Durchmessers angeschlossen, der den Verdichterkolben bildet. Jeder der beiden Verdichterkolben
arbeitet mit seiner Außenseite in einem Verdichterzylinder 31 bzw. 3=, in dem die
Luft beim auswärts gerichteten Kolbenhub verdichtet und in einen Behälter j aasgeschoben
wird, während die Frischluft beim einwärts gerichteten Kolbenhub
in
den genannten Verdichterzylinder eingesaugt wird.
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Schließlich weisen die beiden Stufenkolben je einen äußeren Teil auf,
der in einem Raum io arbeitet und in diesem daszusätzliche Luftpolster einschließt,
das beim Auswärtshub Energie in sich aufspeichert, um diese beim Einwärtshub der
Kolben an letztere abzugeben, so daß sie in ihre innere Totpunktstellung gelangen
können, bei der sie die Verbrennungsluft auf den für die gute Verbrennung des Brennstoffs
notwendigen Druck verdichten. Wenn der Brennkraftzylinder nach dem Dieselprinzip
arbeitet, muß dieser Druck so hoch sein, daß die Kompressionswärme zur raschen Zündung
und Verbrennung des Brennstoffs ausreicht. Gegebenenfalls können auch noch die auf
der Innenseite der Verdichterkolben gelegenen Räume i i zur Lieferung von zusätzlicher
Rückführenergie mit herangezogen werden, indem diese Räume luftdicht ausgebildet
werden. Beim auswärts gerichteten Kolbenhub bildet sich daher in diesen Räumen,
welche so ebenfalls zusätzliche Polsterräume darstellen, ein Unterdruck, der bestrebt
ist, die Flugkolben in ihre innere Totpunktstellung zurückzubringen.
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Der Sammelbehälter 5, der die in den Verdichterzylindern verdichtete
Luft aufnimmt, ist durch eine Leitung 6 an die Einlaßöffnungen des Brennkraftzylinders
i angeschlossen. An die Auslaßöffnungen des letztgenannten Zylinders ist eine Auslaßleitung
7 angeschlossen, welche das aus Druckluftüberschuß und unvollständig entspannten
Verbrennungsgasen bestehende Gasgemisch einer anzutreibenden Maschine zuleitet.
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Für das gute Arbeiten der Maschine ist es wesentlich, daß der Verdichtungsenddruck
im Brennkraftzylinder i immer in der Nähe seines günstigsten Wertes gehalten wird,
trotz des veränderlichen Arbeitsdruckes des Treibgaserzeugers,wobei dieser veränderliche
Arbeitsdruck nicht nur eine entsprechende Veränderung des Ausstoßdruckes der Verdichterzylinder
31, 32 und des Einlaßdruckes des Brennkraftzylinders i, sondern auch eine Veränderung
der inneren Totpunktstellung der Kolben a1, 22 zur Folge hat.
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Um das genannte Ziel zu erreichen, muß auf die Rückführenergie eingewirkt
werden, die bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel der Erfindung von den
Druckluftpolstern, die in den toten Räumen der Verdichterzylinder 31, 32 am Ende
des Auswärtshubes bleiben, ferner von den zusätzlichen Polstern in den Räumen io
und schließlich noch von den Unterdruckräumen i i geliefert wird.
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Erfindungsgemäß ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die unmittelbar
durch den Höchstdruck im Brennkraftzylinder i oder durch die von diesem Höchstdruck
abhängige Kolbenbeschleunigung beeinflußt wird.
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Die Steuervorrichtung, welche ein Steuerglied 15 verstellt, wirkt
gemäß einem ersten, in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien dargestellten Ausführungsbeispiel
auf den größten und kleinsten Druck in den zusätzlichen Polsterräumen io ein, während
sie gemäß einem zweiten, gestrichelt dargestellten Ausführungsbeispiel die Größe
der Unterdruckräume ii beeinflußt.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wirkt das Steuerglied 15 mit Hilfe
von Winkelhebeln auf den Hub von Ventilen 16 und 17 ein, die an jedem der zusätzlichen
Polsterräume io angebracht sind und dadurch, daß sie sich anheben, eine Verbindung
des betreffenden zusätzlichen Polsterraumes mit der Atmosphäre oder mit einem Raum,
in dem ein konstanter Druck herrscht, herstellen. Die beiden Ventile eines jeden
zusätzlichen Polsterraumes können durch den gleichen Hebel 18 betätigt werden, der
an einem geeigneten Punkt an die Steuerstange i9 angelenkt ist. Je nachdem die Kraft,
welche auf die Stange i9 wirkt, größer oder kleiner ist, hebt sich das Ventil 17,
welches den Polsterraum io teilweise entlastet, früher oder später an, während sich
das den Einlaß des Polsterraumes beherrschende Ventil 16 später oder früher von
seinem Sitz abhebt. Hiermit ist eine Veränderung der von dem zusätzlichen Polsterraum
io gelieferten Rückführenergie verbunden, und zwar nimmt diese Rückführenergie mit
dem Zunehmen der auf den Hebel 19 wirkenden Kraft zu und mit dem Abnehmen dieser
Kraft ab. Insbesondere im letztgenannten Falle verringert sich der Höchstdruck im
zusätzlichen Polsterraum, und die Entspannungsarbeit des Polsters wird entsprechend
geringer.
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Bei der zweiten Ausführungsform wirkt das Steuerglied 15 über einen
Winkelhebel auf einen Kolben 2o ein, der in einem Zylinder a1 verschiebbar ist.
Letzterer steht mit dem Unterdruckraum i i in ständiger Verbindung. Je nachdem,
ob das Steuerglied 15 im Sinne des Pfeiles +°oder im entgegengesetzten Sinne wirkt,
nimmt die Größe des Totraumes des genannten Unterdruckraumes ab oder zu. Hiermit
ist eine Veränderung des mittleren Unterdruckes und somit eine Veränderung der von
dem Raum i i gelieferten Rückführenergie verbunden.
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Die Betätigung des Steuergliedes 15 in Abhängigkeit von dem Höchstdruck
im Brennkraftzylinder i geschieht zweckmäßigerweise mittels einer Hilfsmaschine,
die im wesentlichen einen als Kolbenschieber 2a ausgebildeten Steuerkörper aufweist.
Der Kolbenschieber
steht längs seiner unteren Fläche unter der Wirkung
des größten Druckes im Brennkraftzylinder, und zwar wird dieser Druck durch ein
Ventil a3 übertragen. Zur Rückführung des Kolbenschiebers dient eine Feder 24.
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Je nach der Stellung des Kolbenschiebers wird eine unter Druck stehende
Flüssigkeit auf die eine oder die andere Seite eines Kolbens 27 geleitet, der das
Steuerglied 15 antreibt. Die Druckflüssigkeit wird von einer Pumpe 25 geliefert,
deren Kolben 26 durch einen der beweglichen Teile der -Maschine angetrieben wird.
Wenn ein zu großer Druck auf den Kolbenschieber 22 wirkt, so leitet dieser die Druckflüssigkeit
durch die Leitung 3 i zu der Oberseite des Kolbens 27, so daß auf diese Weise
die zusätzliche Rückführenergie beim folgenden Arbeitsspiel der 'Maschine verringert
wird. Bei einem zu geringen auf den Kolbenschieber 22 wirkenden Druck leitet der
Kolbenschieber 2-2 die Druckflüssigkeit durch die Leitung 30 zu der Unterseite
des Kolbens 27 (s. die in der Zeichnung dargestellte Kolbenstellung).
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Damit der Kolben 27 und das an ihm befestigte Steuerglied 15
die jeweils gewünschte Steuerbewegung machen können, läßt der Steuerschieber 2-2
nicht nur die von der Pumpe 25 geförderte Drucl,#flüssiglceit zu der einen oder
anderen Kolbenseite zutreten, sondern läßt gleichzeitig von der entgegengesetzten
Kolbenseite eine entsprechende Flüssigkeitsmenge durch die Rückführleitung 32 in
den Flüssigkeitsbehälter 34 zurückströmen. Wenn der Schieber 22 gleichzeitig beide
Leitungen 30 und 3 i absperrt, kann die von der Pumpe 25 geförderte Flüssigkeit
durch ein Ventil 33 in d.°n Behälter 3.4 zurückkehren.
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Nach jedem Arbeitsspiel der Kolben 21. 2= wird der auf den Schieber
22 wirkende Höchstdruck des Brennkraftzclinders i durch ein Ventil 28 ausgelassen,
das durch den Anschlag eines Schwinghebels 29 geöffnet wird, der gleichzeitig auch
den Pumpenkolben -26 betätigen kann. Die in Rede stehende Hilfsmaschine ist also
nach jedem Arbeitsspiel bereit, auf den neuen Höchstdruck im BrennkraftzvIinder
i anzusprechen.
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Wenn zur Steuerung der zusätzlichen Rückführenergie an Stelle des
Höchstdruckes im Brerinkraftzvhnder i die von diesem Höchstdruck abhängige Kolbenbeschleunigung
benutzt wird, so wird mit den Flugkolben in bekannter Weise eine gegenüber diesen
axial bewegliche Masse verbunden, d°ren je nach der Höhe der Beschleunigung mehr
oder weniger große Verstellbewegungen auf den Steuerschieber 22 übertragen werden.
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Während des Anlassens ' und in dem Zeitraum, in dem die Maschine allmählich
ihren normalen Betriebszustand annimmt, muß die Energie zur Rückführung der Kolben
vergrößert «-erden, da in diesem Zeitraum der Reibungswiderstand vergrößert ist.
-Man hat zu diesem Zweck schon vorgeschlagen. die Auslaßventile der Verdichterzvlinder
zu blockieren, um auf diese Weise die Entspannungsenergie der in den toten Räumen
steckenden Polster zu erhöhen. -Man kann jedoch auch gemäß der Erfindung, und gegebenenfalls
gleichzeitig mit der Blockierung der Auslaßventile, während des Zeitraumes, in dem
die Maschine allmählich ihren normalen Betriebszustand annimmt, die zusätzliche
Rückführenergie erhöhen. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß ein unter der
Wirkung einer Feder 35 stehender Hebel 37 gegen die Stange i9 gelegt wird. Sobald
die Maschine ihren normalen Wärmezustand erreicht hat, drückt ein Thermostat 36
die Federn 35 zusammen und befreit die Stange i9 von der Wirkung des Hebels 37.
Gegebenenfalls kann die Wirkung des Hebels 37 auch in Abhängigkeit von dem allmählich
ansteigenden Druck im Behälter 5 aufgehoben werden.