DE913835C

DE913835C - Two-stroke piston gas engine with regulation by interrupting the gas supply

Info

Publication number: DE913835C
Application number: DEK9435A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Max Leiker
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1951-03-25
Filing date: 1951-03-25
Publication date: 1954-06-21

Description

Im Zweitakt arbeitende Kolbengaskraftmaschine mit Regelung durch Unterbrechung der Gaszufuhr Die Erfindung betrifft eine im Zweitakt arbeitende Kolbengaskraftmaschine mit Regelung durch Unterbrechung der Gaszufuhr.Two-stroke piston gas engine with regulation by interruption the gas supply The invention relates to a two-stroke piston gas engine with regulation by interrupting the gas supply.

Wenn eine Zweitaktkolbengaskraftmaschine mit Teillast betrieben wird, kommt es im allgemeinen vor, daß ihre Zylinder mit einem zu mageren Gemisch gespeist werden, welches nicht mehr regelmäßig zündet. Um derartige Zündschwierigkeiten zu beseitigen, hat man die Gaszufuhr zu einzelnen Zylindern einfach abgesperrt, damit den anderen Zylindern ein fetteres, zündwilligeres Gemisch zugeteilt wurde. Diese Maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß die Maschine ihren gleichmäßigen Wärmezustand verliert; außerdem tritt ein Verölen der Zündkerzen in den abgeschalteten Zylindern ein.If a two-stroke piston gas engine is operated at part load, it generally happens that their cylinders are fed with a mixture that is too lean which no longer ignites regularly. To avoid such ignition difficulties eliminate, you have simply shut off the gas supply to individual cylinders, so a richer, more ignitable mixture was allocated to the other cylinders. These However, the measure has the disadvantage that the machine keeps its uniform heat state loses; in addition, the spark plugs in the deactivated cylinders become oily a.

Die Erfindung bezweckt, die bestehenden Nachteile zu beseitigen. Dies wird dadurch erreicht. daß bei jedem Zylinder zeitweise die Gaszufuhr nur bei jedem zweiten, dritten, vierten oder fünften aufeinanderfolgenden Arbeitsspiel seines Triebwerkes erfolgt. Durch die Erfindung wird erreicht, daß alle Zylinder der Kolbengaskraftmaschine gleichmäßig arbeiten. Ein gleichmäßiger Wärmezustand der Kolbengaskraftmaschine ist damit gesichert. Das Verölen der Zündkerzen ist nicht mehr zu befürchten, weil jede Zündkerze in regelmäßigen Abständen einer Gasverbrennung ausgesetzt ist. Die Zündkerzen behalten somit eine Temperatur, bei der das gegen sie geschleuderte Schmieröl an ihnen verdampft.The invention aims to eliminate the existing disadvantages. this is thereby achieved. that with each cylinder at times the gas supply only with each second, third, fourth or fifth consecutive work cycle of his Engine takes place. The invention achieves that all cylinders of the piston gas engine work evenly. A constant heat state of the piston gas engine is thus secured. Oiling of the spark plugs is no longer to be feared because every spark plug is exposed to gas combustion at regular intervals. the Spark plugs thus maintain a temperature at which the lubricating oil thrown against them evaporated on them.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung in elf Abbildungen beispielsweise schematisch dargestellt. Die Abb. i zeigt eine im Zweitakt arbeitende Kolbengaskraftmaschine von oben gesehen. Sie hat vier Zylinder; die mit i bezeichnet sind. Die Zylinder i stehen auf dem Kurbelgehäuse 2, an dessen rechtem Ende die Kurbelwelle 3 herausragt, die das Schwungrad q. trägt. Die Gaszufuhr zu den Zylindern i erfolgt durch in sie einmündende Gasventile 5, die an die Gaszuführleitung 6 über Verbindungsleitungen 7 angeschlossen sind und hydraulisch betätigt werden. Zu diesem Zweck hat die Kolbengäskraftmaschine zwei von ihr selbst angetriebene Kolbenpumpen 8 und 9, die nach Art einer Brennstoffeinspritzpumpe für Dieselmotoren gebaut sind. Der hydraulische Druck zur Betätigung eines jeden der Gaseinblaseventile 5 wird abwechselnd von den Kolbenpumpen 8 und 9 erzeugt. Es ist daher jedes der Gaseinblaseventile 5 mit zwei eine Druckflüssigkeit führenden Leitungen io verbunden, von denen die eine zur Kolbenpumpe 8 und die andere zur Kolbenpumpe 9 führt. Die beiden Kolbenpumpen B und 9 werden mit der halben Drehzahl der Kolbengaskraftmaschine angetrieben; dabei sind sie so ausgebildet, däß eine derselben zeitweise abgeschaltet ist. Dadurch ist es möglich, daß bei jedem der Zylinder i zeitweise die Gaszufuhr nur bei jedem zweiten aufeinanderfolgenden Arbeitsspiel seines Triebwerkes erfolgt. Die zeitweise Unterbrechung der Gaszufuhr erfolgt von dem Augenblick an, in dem bei fallender Belastung die Ladung keine sichere Zündung mehr gewährleistet. Besonders einfach ist es, wenn die zeitweise Unterbrechung der Gaszufuhr vom Leerlaufbetrieb bis zum Betrieb mit Halblast erfolgt. Die Erfahrung hat bezeigt, daß fast bei allen Kolbengaskraftmaschinen im Bereich des Betriebes bis zur Halblast noch eine sichere Zündung der Ladung erfolgt. Wenn man also im Bereich des Betriebes unter Halblast bei fallender Belastung anfängt, die Gaszufuhr bei jedem Zylinder zeitweise zu unterbrechen, so ist ein ordnungsgemäßer Betrieb der Kolbengaskraftmaschine immer gewährleistet.In the drawing, embodiments of the invention are eleven figures for example shown schematically. Fig. I shows a two-stroke engine Piston gas engine seen from above. It has four cylinders; denoted by i are. The cylinders i stand on the crankcase 2, at the right end of which the Crankshaft 3 protrudes, which the flywheel q. wearing. The gas supply to the cylinders i takes place through gas valves 5 which open into them and which are connected to the gas supply line 6 via Connecting lines 7 are connected and operated hydraulically. To this The purpose of the piston gas engine is two self-propelled piston pumps 8 and 9, which are built in the manner of a fuel injection pump for diesel engines. The hydraulic pressure for operating each of the gas injection valves 5 becomes alternately generated by the piston pumps 8 and 9. It is therefore each of the gas injection valves 5 connected to two lines carrying a pressure fluid, of which the one leads to the piston pump 8 and the other to the piston pump 9. The two piston pumps B and 9 are driven at half the speed of the piston gas engine; included are they designed so that one of them is temporarily switched off. Through this it is possible that with each of the cylinders i temporarily the gas supply only with each second consecutive work cycle of its engine takes place. The temporarily The gas supply is interrupted from the moment when the Load the load no longer guarantees a safe ignition. Particularly easy it is when the temporary interruption of the gas supply from idle operation to Operation at half load takes place. Experience has shown that in almost all piston gas engines In the area of operation up to half load, a safe ignition of the charge still takes place. So if you start in the area of operation under half load with decreasing load, Intermittently interrupting the gas supply to each cylinder is a proper procedure Operation of the piston gas engine is always guaranteed.

Wie die Abb. 2 und 3 erkennen lassen, kann die abschaltbare Kolbenpumpe, z. B. die Kolbenpumpe 9, dadurch abgeschaltet werden, daß ihre Kolben i i vierdrehbar sind und in ihren zylindrischen Wänden je eine nach dem Pumpenarbeitsraum 12 hin offene Ausnehmung 13 haben, die mit einer in der Wand ihrer Zylinder 1q. vorhandenen, mit einem drucklosen Raum in Verbindung stehenden Öffnung 15 durch Verdrehen der Kolben i i zur Deckung kommt.As can be seen in Figs. 2 and 3, the piston pump, which can be switched off, z. B. the piston pump 9, are switched off in that their pistons i i four-turn are and in their cylindrical walls one towards the pump working space 12 have open recess 13 with a 1q in the wall of their cylinder. existing, with a pressureless space in communication opening 15 by rotating the Piston i i comes to cover.

Wenn die Kolbengäskraftmaschine im Zweitakt arbeitet, erfolgt die Regelung ihrer Gaszufuhr durch Veränderung des Gasdruckes vor den Einblaseventilen durch Drosselung der Gaszufuhrleitung 6. Wenn die Kolbengaskraftmaschine jedoch mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr arbeitet, erfolgt ihre Regelung bei vollem Gasdruck durch Veränderung der Öffnungszeit der Gaseinbläseventile 5. Da die Kolbenpumpe g beim Betrieb der Kolbengaskraftmaschine mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr abgeschaltet ist, befindet sich die Kolbenpumpe 8 immer in Betrieb. Sie arbeitet, wie die Abb. q. und 5 zeigen, in bezug auf die Veränderung der Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5 mit einer Schrägkantensteuerung 16 des Pumpenkolbens 17.If the piston gas engine works in two-stroke, the Regulation of your gas supply by changing the gas pressure in front of the injection valves by throttling the gas supply line 6. However, if the piston gas engine works with a temporary interruption of the gas supply, it is regulated when the gas supply is full Gas pressure by changing the opening time of the gas injection valves 5. As the piston pump g during operation of the piston gas engine with temporary interruption of the gas supply is switched off, the piston pump 8 is always in operation. She works, like fig. q. and 5 show, in relation to the change in the opening time of the Gas injection valves 5 with a bevel control 16 of the pump piston 17.

Zur Regelung der Gaszufuhr ist ein von der Kolbengaskraftmaschine selbst angetriebener Fliehkraftregeler i8 vorgesehen, der über ein Gestänge sowohl eine Drossel ig, die sich in der Gaszufuhrleitung 6 befindet, als auch die zur Verdrehung der Pumpenkolben i i und 17 dienende Vorrichtung 2o bewegt. In das Reglergestänge, welches mit 21, 22 bezeichnet ist, ist ein Schleppgang ä3 derartig eingebaut, daß die Pumpenkolben i i und 17 nur verdreht werden, wenn die Kolbengaskraftmaschine mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr arbeitet. Es entsteht dadurch der Vorteil, daß der Regler i8 im Zweitaktbetrieb nur geringe Verstellkräfte aufzubringen hat. Es wird im Zweitaktbetrieb durch den Regler 18 nur die Drossel i9 verstellt, die in Abb. 6 in größerem Maßstab dargestellt ist. Die Drossel ig in der Gaszufuhrleitung 6 wird durch einen durch eine Öffnung 2¢ hindurch bewegbaren Kegel 25 gebildet. Der Kegel 25 sitzt auf einer gerade geführten Stange 26, an der das Reglergestänge 21, 22 angreift. In Abb. 6 sind verschiedene Stellungen des Kegels 25 strichpunktiert gezeigt. Beim Übergang auf den Betrieb der Kolbengaskraftmaschine mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr nimmt der Kegel 25, wie bei 27 angedeutet ist, eine Stellung ein, in der er mit seiner Grundfläche 28 einen den ganzen Leitungsquerschnitt freigebenden Abstand a von der Öffnung 24 hat und in der er mit seiner Spitze 29 auf der von der Öffnung 2q. abgewandten Seite seiner Grundflache 28 liegt. Durch die Anordnung des Kegels 28 wird erreicht, daß beim Übergang auf den Betrieb mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr plötzlich der ganze Gasdruck zur Verfügung steht. Dies ist aus der Abb, 7 ersichtlich, in welcher die Regulierungsart der Kölbengaskraftmaschine graphisch dargestellt ist. Die Abb. 7 zeigt ein Koordinatensystem; in dem auf der Senkrechten einmal der Gasdruck vor den Gaseinblaseventilen 5 und einmal die Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5 aufgetragen sind. Auf der Waagerechten ist die Belastung der Kolbengaskraftmaschine aufgetragen. Nach der graphischen Darstellung erfolgt der Übergang auf den Betrieb mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr bei Halblast. Die Linie b entspricht dem Verlauf des Gasdruckes im Zweitaktbetrieb, wenn der Gasdruck zwecks Regelung der Kolbengaskraftmaschine verändert wird. Es ist zu sehen, däß der Gasdruck beim Betrieb mit Vollast am höchsten ist und mit fallender Belastung niedriger wird. Beim Betrieb unter Halblast hat der Gasdruck seinen niedrigsten Wert. Fällt die Belastung der Kolbengaskraftmaschine unter Halblast; se beginnt der Betrieb mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr. Der Kegel 28 nimmt dann die bei 27 angedeutete Stellung ein, in welcher der Gasdruck plötzlich zu seiner vollen Höhe ansteigt. Dies gibt der Verlauf der Linien c-d in Abb. 7 an. Während des Zweitaktbetriebes werden die Gaseinblaseventile 5 von den Kolbenpumpen 8 und 9 gleichmäßig betätigt, d. h. die Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5 ist immer dieselbe; dies drückt sich durch die Linie e in Abb. 7 aus. Beim Übergang auf den Betrieb mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr wird jedoch durch die Schrägkantensteuerung 16 der Kolben 17 der Kolbenpumpe 8 die Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5 verändert, entsprechend der Linie f in Abb. 7. Den veränderlichen Öffnungszeiten der Gaseinblaseventile 5 steht immer der volle Gasdruck gegenüber. Damit der Übergang auf den Betrieb mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr absolut sicher erfolgt, wird von dem Augenblick an, von dem ab die Regelung der Gaszufuhr durch Veränderung der Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5 erfolgt, die Gaszufuhr, bezogen auf einen Arbeitstakt, sprunghaft etwas vergrößert. Es wird dadurch erreicht, daß der Regler 18 einen zusätzlichen Impuls zur Verminderung der Gaszufuhr entsprechend der verminderten Belastung gibt. Das sogenannte Sägen der Kolbengaskraftmaschine im Bereich ihres Betriebes unter Halblast tritt dadurch nicht ein.To regulate the gas supply, a centrifugal force regulator i8, which is driven by the piston gas engine itself, is provided, which moves both a throttle ig located in the gas supply line 6 and the device 2o used to rotate the pump piston ii and 17 via a linkage. In the governor linkage, which is denoted by 21, 22, a drag gear ä3 is installed in such a way that the pump pistons ii and 17 are only rotated when the piston gas engine works with a temporary interruption of the gas supply. This has the advantage that controller i8 only has to apply low adjusting forces in two-stroke operation. In two-stroke operation, only the throttle i9 is adjusted by the controller 18, which is shown in Fig. 6 on a larger scale. The throttle ig in the gas supply line 6 is formed by a cone 25 which can be moved through an opening 2 [. The cone 25 sits on a straight rod 26 on which the regulator linkage 21, 22 engages. In Fig. 6 different positions of the cone 25 are shown in phantom. During the transition to the operation of the piston gas engine with temporary interruption of the gas supply, the cone 25, as indicated at 27, assumes a position in which it has a distance a from the opening 24 with its base area 28, which releases the entire line cross section, and in which it with its tip 29 on that of the opening 2q. remote side of its base area 28 is located. The arrangement of the cone 28 ensures that the entire gas pressure is suddenly available during the transition to operation with a temporary interruption of the gas supply. This can be seen from Fig. 7, in which the type of regulation of the piston gas engine is shown graphically. Fig. 7 shows a coordinate system; in which the gas pressure upstream of the gas injection valves 5 and the opening time of the gas injection valves 5 are plotted on the vertical. The load on the piston gas engine is plotted on the horizontal. After the graphic representation, the transition to operation takes place with a temporary interruption of the gas supply at half load. Line b corresponds to the course of the gas pressure in two-stroke operation when the gas pressure is changed for the purpose of regulating the piston gas engine. It can be seen that the gas pressure is highest when operating at full load and decreases with decreasing load. When operating at half load, the gas pressure has its lowest value. If the load on the piston gas engine falls under half load; Operation begins with the gas supply being temporarily interrupted. The cone 28 then assumes the position indicated at 27, in which the gas pressure suddenly rises to its full height. This is indicated by the course of the lines cd in Fig. 7. During the two-stroke operation, the gas injection valves 5 are actuated uniformly by the piston pumps 8 and 9, ie the opening time of the gas injection valves 5 is always the same; this is expressed by the line e in Fig. 7. When switching to operation with a temporary interruption of the gas supply, however, the bevel control 16 of the piston 17 of the piston pump 8 changes the opening time of the gas injection valves 5, according to line f in Fig. 7. The variable opening times of the gas injection valves 5 are always offset by the full gas pressure . So that the transition to operation with a temporary interruption of the gas supply takes place absolutely safely, the gas supply, based on a work cycle, is suddenly increased somewhat from the moment the gas supply is regulated by changing the opening time of the gas injection valves 5. It is achieved in that the controller 18 gives an additional pulse to reduce the gas supply in accordance with the reduced load. The so-called sawing of the piston gas engine in the area of its operation under half load does not occur.

Wie die Abb.8 bis io erkennen lassen, ist der Betrieb der Kolbengaskraftmaschine auch möglich, wenn jedes ihrer Gaseinblaseventile 5 über eine einzige eine Druckflüssigkeit führende Leitung an eine Kolbenpumpe zur Erzeugung des hydraulischen Druckes angeschlossen ist. Die Regelung der Gaszufuhr zur Kolbengaskraftmaschine erfolgt in diesem Falle über ihren ganzen Betriebsbereich durch Veränderung der Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5, denen das Gas immer mit seinem vollen Druck zugeleitet wird. Die Kolben 3o der Kolbenpumpe haben ebenso wie die Kolben 17 eine Schrägkantensteuerung 3i, die jedoch eine Kurzschlußnut 32 aufweist, die bei Betrieb mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr einer Öffnung 33, wie insbesondere die Abb. io zeigt, gegenübersteht, die in einen drucklosen Raum führt. Die Regulierverhältnisse mit einer Kolbenpumpe, entsprechend den Abb. 8 bis io, sind in Abb. i i graphisch dargestellt. In einem Koordinatensystem sind auf der Senkrechten wiederum der Gasdruck vor den Gaseinblaseventilen 5 und die Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5 aufgetragen. Auf der Waagerechten ist wiederum die Belastung der Kolbengaskraftmaschine aufgetragen. Die Linie g entspricht dem immer konstanten Gasdruck vor den Gaseinblaseventilen 5, die Linie h der Veränderung der Öffnungszeit der Gaseinblaseventile 5, wenn die Kolbengaskraftmaschine im Zweitakt arbeitet, und die Linie e der Öffnungszeit der Gaseinblaseventile, wenn die Gaszufuhr nur bei jedem zweiten aufeinanderfolgenden Arbeitsspiel der Triebwerke erfolgt. Bei der in der Zeichnung dargestellten Kolbengaskraftmaschine erfolgt die Gaszufuhr nur bei jedem zweiten aufeinanderfolgenden Arbeitsspiel ihrer Triebwerke. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt. Es ist durchaus denkbar, daß bei jedem Zylinder der Kolbengaskraftmaschine zeitweise die Gaszufuhr auch nur bei jedem dritten, vierten oder fünften usw. aufeinanderfolgenden Arbeitsspiel des Triebwerkes erfolgt. Es ist hierzu lediglich notwendig, eine entsprechende Anzahl Kolbenpumpen vorzusehen, von denen während des Betriebes mit zeitweiser Unterbrechung der Gaszufuhr nur eine in Betrieb bleibt.As shown in Fig. 8 to io, the operation of the piston gas engine also possible if each of their gas injection valves 5 has a single pressure fluid leading line connected to a piston pump for generating the hydraulic pressure is. In this case, the gas supply to the piston gas engine is regulated over their entire operating range by changing the opening time of the gas injection valves 5, to which the gas is always fed at its full pressure. The pistons 3o the Like the pistons 17, piston pumps have a bevel control 3i, which however has a short-circuit groove 32 which, when operating with temporary interruption of the Gas supply of an opening 33, as in particular the Fig. 10 shows, is opposite, which leads into a pressureless room. The regulation ratios with a piston pump, corresponding to Fig. 8 to io, are shown graphically in Fig. i i. In one The coordinate system on the vertical is again the gas pressure in front of the gas injection valves 5 and the opening time of the gas injection valves 5 are plotted. On the horizontal the load on the piston gas engine is again plotted. The line g corresponds to the constant gas pressure in front of the gas injection valves 5, the line h of the change the opening time of the gas injection valves 5 when the piston gas engine is in the two-stroke cycle works, and the line e of the opening time of the gas injection valves when the gas supply only takes place every second successive working cycle of the engines. In the piston gas engine shown in the drawing, the gas is supplied only every second consecutive working cycle of their engines. The invention is not limited to this. It is quite conceivable that the Piston gas engine temporarily cut off the gas supply only every third or fourth or fifth etc. successive working cycle of the engine takes place. It it is only necessary to provide a corresponding number of piston pumps, only one of those during operation with a temporary interruption of the gas supply remains in operation.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Piston gas engine working in the two-stroke cycle with regulation by interrupting the gas supply, characterized in that at gas supply to each cylinder temporarily only for every second, third, fourth or fifth consecutive working cycle of its engine takes place. z. machine according to claim i, characterized in that the temporary interruption of the gas supply takes place from the moment when the load is no longer secure when the load falls Ignition more guaranteed. 3. Machine according to claims i and 2, characterized in that that the temporary interruption of the gas supply from its idle to its operation takes place at half load. q .. Machine according to claims i to 3 with injection of the Gas through a valve opening into the cylinder, which is hydraulically operated, characterized in that the injection valve by two alternately to the effect coming, the hydraulic pressure generating piston pumps is operated, of which one can be switched off temporarily. 5. Machine according to claims i to q., Characterized characterized in that two jointly driven, the hydraulic pressure generating Piston pumps are provided that run at half the engine speed. 6. Machine according to claims i to 5, characterized in that the one piston pump can be switched off that its piston can be rotated and in its cylindrical Wall has a recess which is open towards the work space and which is connected to one in the wall of the cylinder, which is in communication with an unpressurized space by turning the piston comes into congruence. 7. Machine according to claims i to 6, characterized in that the regulation of the gas supply when the machine works in two-stroke, by changing the gas pressure in front of the injection valve by means of Throttling of the gas supply line takes place, and that the regulation of the gas supply, if the machine works with a temporary interruption, at full gas pressure by changing the opening time of the gas injection valve. B. machine after claims i to 7, characterized in that the always in operation Piston pump for hydraulic actuation of the gas injection valve with respect to the change the opening time of the same works with bevel control of the pump piston. G. Machine according to Claims 1 to 8, characterized in that its controller Both a throttle of the gas supply line and the device via a linkage moved to rotate the pump piston. ok Machine according to claims i to 9, characterized in that a drag gear is built into the governor linkage, in such a way that the pump plungers are only rotated when the machine is running intermittently Interruption of the gas supply is working. ii. Machine according to claims i to io, characterized in that the throttle of the gas supply line through a through a Opening through a movable cone is formed, the transition to the operation the machine takes a position with a temporary interruption of the gas supply, in which it releases the entire line cross-section with its base area Distance from the opening and its tip on that facing away from the opening Side of its base. i2. Machine according to claims i to 3 with feed of the gas through an injection valve which is hydraulically operated, characterized in that that the gas injection valve by a piston pump generating the hydraulic pressure is operated, which for the purpose of regulating the gas supply with an opening time of the Einblaseventils determining beveled control works tight, which has a short-circuit groove having. 13. Machine according to claims i to 12, characterized in that when switching to operation with a temporary interruption of the gas supply, i.e. from the moment from which the gas supply is regulated by changing the opening time of the Gaseinblasev valve takes place, the gas supply, based on a work cycle, abruptly is enlarged somewhat.