DE920275C - Freiflugkolben-Motor-Verdichter - Google Patents

Freiflugkolben-Motor-Verdichter

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DE920275C
DE920275C DEJ7368D DEJ0007368D DE920275C DE 920275 C DE920275 C DE 920275C DE J7368 D DEJ7368 D DE J7368D DE J0007368 D DEJ0007368 D DE J0007368D DE 920275 C DE920275 C DE 920275C
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Franz Dr-Ing Neugebauer
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JUNKERS MASCHINEN und METALLBA
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JUNKERS MASCHINEN und METALLBA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B31/00Free-piston pumps specially adapted for elastic fluids; Systems incorporating such pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

  • Freiflugkolben-Motor-Verdichter Bei Freiflugkolben-Motor-Verdichtern, welche von Brenngasen freie Druckluft als Nutzgas nach außen abgeben, ist es bekannt, die dem Motorteil beim Spülvorgang zuzuführende Ladung (reine Luft oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch) auf einen höheren Druck als den üblichen Ladungsdruck (Spüldruck) zu bringen, wie er sich im Betrieb dann einstellt, wenn derAuspuff des Motorteils keine nennenswerten Widerstände zu überwinden hat. Es ist weiterhin bekannt, diese Ladedruckerhöhung (auch Üb-erladung genannt) mittels eines Hilfsverdichters zu bewirken, der von einer mit den Abgasen des Motorteils betriebenen Turbine angetrieben wird und der die Motorladung in einen Ladungsaufnehmer fördert, aus welchem sie während der Ladungsperiode in den Arbeitsraum des Motorteils übertritt. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird beim Überladungsbetrieb die gesamte Ladung des Motorteils mittels des Hilfsverdichters gefördert. Soll die Maschine auch bei ruhendem Hilfsverdichter betriebsfähig sein, so ist eine besondere ein- und ausschaltbare Ladungsförder-einrichtung vorzusehen, z. B. eine Kolbenspülpumpe, deren Saugventile nur während des Betriebes ohne Überladung in der üblichen Weise arbeiten, beim Betrieb mit Überladung aber ständig offengehalten werden.
  • Da der Motorteil der Freiflugkolbenmaschine beim Arbeiten mit üb-e#rladung je Arbeitshub mehr Brennstoff verbrennen kann und deshalb: eine, höhere Leistung aufweist# als beim Fortfa,11 der Überladung, müssen Vorkehrungen getroffen sein, um die Leistungsaufnahme des Verdichterteils diesen verschiedenen, Betriebsmöglichkeiten anzupassen. Hierfür sind zwei Wege bekannt. In einem Falle wird beim Überladungsbetrieb der Verdichtungsanfangsdruck erhöht, indem der Hilfsverdichter nicht nur die Ladung des Motorteils, sondern auch die dem Verdichterteil zuzuführende Luft fördert und vorverdichtet. Da die Leistung der Abgasturb-ine begrenzt ist, kann hierbei, angesichts der großen, vom Hil'fsverdichter zu fördernden Luftmenge, deren Vorverdichtung nur gering sein, so daß auch die durch die Überladung erzielbare Leistungserhöhung gering bleibt. Im anderen Falle wird beim überladungsbetrieb der Verdichtungsenddruck erhöht. Da aber bei Druckluftversorgungsanlagen in der Regel die Forderung besteht, daß der an der Ve#rbrauchsstelle herrschende Luftdruck möglichst wenig schwanken soll, erscheint dieser Weg der Leistungsanpassung unzweckmäßig.
  • Zweck der Erfindung ist zunächst die Schaffung eines mit überladung arbeitenden Freiflugkolben-Motor-Verdichters, welcher ohne weiteres sowohl mit als auch ohne Überladung betriebsfähig ist und sonach bei jeder Änderung des Betriebszustandes des Hilfsverdichters (ob arbeitend oder ruhend) völlig selbsttätig von der einen Arbeitsweise zur anderen übergeht. Weiterhin soll einerseits die verfügbare Abgasturbinenleistung voll zur Erhöhung der Vorverdichtung der Motorladung ausgenutzt werden, während andererseits die Anpassung der Verdichterleistung an die veränderliche Motorleistung ohne Änderung des Verdichterenddruckes erfolgen soll. Diese Leistungsanpassung soll ferner völlig selbsttätig vor sich gehen.
  • Nach der Erfindung wird zur Erreichung dieses Zweckes die folgende Kombination vorgesehen: i. Bei einem Freiflugkolben-Motor-Verdichter, der von Brenngasen freie Druckluft als Nutzgas nach außen abgibt, ist außer einer Kolbenspülpumpe, deren Kolben ein Teil einer Flugmasse ist und die in einen Ladungsaufnehmer fördert, noch ein Hillfsverdichter vorgesehen, der von einer mit den Abgasen des Motorteils betriebenen Turbine angetrieben wird.
  • 2. Der Hilfsverdichter fördert nur in den Motorteil, und zwar entweder unmittelbar in den Ladungsaufnehmer oder auch zur Saugseite der Kolbenspülpumpe, und bewirkt in an sich bekannter Weise eine Erhöhung des im Ladungsaufnehmer herrschenden D ruckes gegenüber dem Betrieb ohne, Hilf sverdichter.
  • 3. Die Kolbenspülpumpe, welche so bemessen ist, daß ihre Förderung zum Betrieb ohne Überladung ausreicht, fördert ständig, auch -,venn der Hilfsverdichter in Betrieb ist, in den Ladungsaufnehmer.
  • 4. Der Zviinderraum der ersten Stufe des Verdichterteils ist- in an sich bekannter Weise über mit Druckventilen verschließbare Auslässe, die in der mittleren Zone des Zylindermantels liegen, mit dem Ladungsaufnehmer des Motorteils verbunden, so daß der Luftinhalt dieses Zylinderraumes beim Arbeitshub des Verdichterkolbens zunächst nur bis auf den im Ladungsaufnehrner herrschenden Druck verdichtet wird, daß dann ein Überschieben von Luft aug dem Zylinderraum in diesen Aufnehmer stattfindet, so lange, bis der Verdichterkolben die genannten Auslässe überfahren hat, und daß hiernach die Weiterverdichtung der im Zylinderraum befindlichen Luft bis auf den Enddruck der ersten Verdichterstufe und schließlich das Ausschieben der verdichteten Luft erfolgt.
  • Der Erfindungsgegenstand hat folgende Wirkung: Der mit den- Neibenaus'lässen versehene Verdichterzylinder wirkt im ersten Teil des Arbeitshubes, d. h. bis zum Abschluß der Nebenauslässe, in der bekannten Art als Spülpumpe. Sein Luftinhalt wird hierbei nur bis auf den im Ladungsaufnehmer herrschenden Druck verdichtet. Erst im anschließenden Hubteil erfolgt die Weiterverdichtung bis auf den normalen Endd-ruck. Solange der Hilfsverdichter ruht, wird der Motorteil allein von der Kolbenspülpumpe gespült und mit- neuer Ladung versorgti; der Aufneihmerdruck ist hierbei verhältnismäßig niedrig. Kommt der Hilfsverdichter in Betrieb, so erhöht sich selbsttätig der Gegendruck des Motörauslasses, da die Abgasmenge des Motorteils infolge des Hinzutretens des vorn Hilfsverdichter geförderten Teils der Ladung größer wird und die Abgase den Durchflußwiderstand der Düsen der Abgasturbine überwinden müssen. Infolgedessen erhöht sich auch der im Ladungsaufnehmer herrschende Druck, gegen den nunmehr auch die Kolbenspülpumpe fördern muß. Mit dem Aufnehmerdruck steigt zugleich auch der Anfangsdruck der Weiterverdichtung der im Verdichterzylinder verbleibenden Luft-. Da der Rauminhalt des Verdichterzylinders beim Abschluß der Nefienauslässe immer der gleiche ist, hat die Erhöhung des letztgenannten Druckeis zur Folge, daß nunmehr eine größere Gewichtsmenge Luft der Weiterverdichtung unterliegt. Diese Weiterverdichtung erfordert demzufolge (bei unverändertern Verdichtungsenddruck) einen entsprechend größeren Leistungsaufwand. Der Vorgang -entspricht dem Ansaugen und Verdichten einer veränderlichen Luftmenge bei unverändertern Ansauge- und Ausschubdruck.
  • Es findet sonach ein völlig selbsttätiger Übergang vom Betrieb ohne überladung auf den Überladungsbetrieb und umgekehrt statti; die verfügbare Abgasturbinenleistung wird voll zur Erhöhung der Ladungsvorverdichtung ausgenutzt, so daß eine erhebliche Steigerung der Maschinenleistung erzielbar ist; schließlich wird eine selbsttätige Anpassung der Förderleistung des Verdichterteils an die Arbzitsleistung d#s Motorteils erreicht, ohne daß es nötig wäre, den Ansauge- oder Ausschubdruck des Verdichterteils zu verändern.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindungsausgestaltung und deren Wirkungen ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
  • Fig. i veranschaulicht. einen einstufigen Freiflugkolben-Motor-Verdichter; Fig. 2 zeigt das Druck-Volumen-Diagramm des Verdichterteils dieser Maschine; Fig. 3 veranschaulicht einen zweistufigen Freiflugkolben-Motor-Verdichter; Fig. 4 zeigt das Diagramm der ersten Stufe des Verdichterteils und darunter das Diagramm der Spülpumpe der Maschine nach Fig. 3, Übereinstimmende Teile der beiden Ausführungsbeispiele sind gleich bezeichnet.
  • Der Motorteil der in Fig. i dargestellten Maschine weist einen Motorzylinder i und zwei darin gegenläufig verschiebliche Motorkolben 2 auf. Der Zylinder i ist mit Einlaßöffnungen 3 und Auslaßöffnungen- 4 versehen, die von den Motorkolben geöffnet und wieder geschlossen werden. Der Verdichterteil weist zwei gleicheVerdichterzylinder 5 auf, in denen ie ein mit einem Motorkelben 2 verbundener Veräichterkolben 6 verschieblich ist. Die an die äußeren Flächen der Verdichterkolben 6 angrenzenden Räume 7 sind die Verdichterarbeitsräumel welche in üblicher Weise mit Saugventilen 8 und Druckventilen 9 versehen sind. Von. diesen Druckventilen führen Druckleitungen io zu einer gemeinsamen Druckleitung i i, die zu einem Behälter 12 führt, an den sich die zu den Verbrauchsstellen führende Leitung 13 anschließt. In die Leitung i i ist ein Druckhalteventil 14 eingeschaltet. In der mittleren Zone der Wand der Zvlinder 5 sind Auslässe 15 vorgesehen, die durch L#ruckventile 16 abschließbar sind und durch Kanäle 17 mit dem Ladungsaufnehmer 2o des Motorteils in Verbindung stehen. Die beiden, je durch die Kolben 2 und 6 gebildeten Flugmassen stehen über ein Zwanglaufgetriebe, das ihre genaue Gegenläufigkeit sichert, miteinander in Verbindung. An jeden der Verdichterkolben 6 ist eine Zahnstange 2 1 bZW. 22 angeschlossen; dies.2 Zahnstangen greifen an sich diametral gegenüberlieg-enden Stellen in ein Zahnrad 23 ein, das am Motorzylinder i unverschieblich gelagert ist. Zur Bren,nstoffzufuhr zum Motorzylinder dient eine BrennstOffpUMPC25, deren Kolben von. einem auf der Zahnstange22 angeordneten Nocken26 bewegt wird und die den Brennstoff zu einer Einspritzdüse 27 fördert. Ein in einem ruhenden Zylinder 28 verschieblicher Kolben 29, der einerseits durch eine Feder, andererseits durch den im Behält-er 12 herrschenden Druck belastet ist, bewirkt die selbsttätig-Regelung der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von diesem Druck. An die Auslaßöffnungen 4 des Motorzylinders i ist eine Leitung 3o angeschlossen, welche zu einer Abgasturbine 31 führt, an welche sich die Auslaßl-eitung32 anschließt. Die Abgasturbin'e31 treibe einen als Schaufelgebläse ausgebildeten Hilfsverdichter 33 an, welcher die zu verdichtende Luft über eincn Rohrstutzen 34 aus dem Freien ansau.-It und über eine Druckleitung 35 in den Ladungsaufnehmer 20 fördert. In diese Leitung 35 ist ein zum Aufnehmer hin öffnendes Rückschlagventil 36 eingeschaltet, außerdem ist an diese Leitung zwischen dem Hilfsverdichter und dem Rückschlagventil ein Behälter 37 angeschlossen, dessen Rauminhalt zweckmäßig etwa von der gleichen Größenordnung wie der des LadungsaufnehmerS 20 ist. Von der Abgasleitung 30 zweigt vor der Abgasturbine 31 ein Nebenauslaß 38 ab, ferner ist eine UrnschaltklaPpe 39 vorgesehen, welche je nach ihrer Stellung die aus dem Motorteil kommenden Abgase entweder, wie gezeichnet, zur Abgasturbinc 31 oder in den Nebenauslaß 38 eintreten läßt.
  • Die Einrichtung wirkt wie folgt: a) Betrieb ohne Überladung. Der Hilfsverdichter 33 ruht, die Abgasklappe 39 steht so, daß die Ab- gase in die Nebenleitung 38 entweichen. Beim Einwärtsgang der Flugmassen von ihrer äußeren Umkehrstellung aus erfolgt auf der Verdichterseite zunächst eineExpansion der in denToträumen zurückgebliebenen Druckluft bis auf den Ansaugedruck p" gemäß Linie Ei - F, der Fig. 2. Sodann wird frische Luft über die Saugventile 8 in die Räume 7 eingesaugt gemäß Linie Fi - Al' während auf der Motorseite nach dem Abschluß der Öffnungen 3 und 4 die zwischen den Kolben 2 eingeschlossene Ladung verdichtet wird. Gegen Ende dieser Verdichtung be- wirkt der Nocken --6 den Fördetrhub der Brennstoff-PUMpe 25, also eine Brennstoffzufuhr; der Brennstoff kommt zur Entzündung, und die dabei frei werdende Verbrennungsenergie treibt die Flugmassen wieder nach außen. Hierbei wird zunächst der Luftinhalt der Räume7 vom Ansaugedruckp, bis auf den im Aufnehmer2o herrschenden Spüldruckp, verdichtet( (LinieA,-,B,). Sodann wird Luft, über die Auslässe 15 und die Ventile 16 in den Aufnehmer 20 so lange ausgeschQben, bis die in der Bewegungsricbtung vornliegende Kante 18 der Verdichterkolben 6 die Auslässe 15 überfahren hat (Lini,e Bi - c,). Von hier al) wird die in den Räurnen 7 verbliebene Luft bis auf den Förderdruck P4 des Verdichters, verdichtet (Linie Ci - Dl) und nach Erreichung dieses Druckes das Luftvolumen VJ, welches einem Ansaugvolumen a, entspricht, ausgeschohen (Linie Di - E').
  • b) Betrieb mit Überladung. Die Abgasturbine 31 und der Hilfsverdichter 33 sind in Betrieb. Hierhei erfährt der Druck im Aufnehmer 2o eine Erhöhung auf den Wert p., da die durch den Motorteil stTömende Gasmenge um die vom Hilfsverdichter zusät2-lich geliefert,.- Ladungsmenge größer geworden ist und da die Abgase den erhöht-en Durchflußwiderstand der Düsen der Abgasturbine überwinden müssen. Ge-enüber dem vorbeschriebenen Fall ändert sich be im Einwärtshub der Flugmassen 2, 6 an der Wirkung nichts wesentliches. Beim Auswärtshul) wird jedoch der Luftinhalt der Räume 7 zunächst bis auf den erhöhten Druck p. des Aufnehmers 2o verdichtet (Linie A, - B2) und dann ein Teil dieser Luft in den Aufnehmer ausgeschoben (Linie B, - C2) - Der beim Ab#schluß der Auslässe 15 in den Räumen 7 verbliebene Luftinhalt erfährt eine Weiterverdichtung vom Druck p3 auf den Förderdruck P4 (Linie C, - D.), worauf das Ausschieben des Luft-volu-Inens v2 (dem ein Ansaugevolumen a2 entspricht# erfolgt (Linie D2 - El). Infolge des erhöhten Anf angsdruckes beim Beginn der Weiterverdichtung (Punkt Q ist das Ausschubvolumenv2 größer als 711, und #ernentsprechend ist auch das Ansaugevolumena2 größer als a,. Der Verdichter nimmt jetzt den der Fläche Cl' C21 D2, Di entsprechenden zusätzlichen Arbeitsbetrag auf und nutzt so, ohne daß eine unerwünschte Erhöhung des Förderdruckes P4 oder eine Änderung des Ansauggedruckes p" nötig wäre, die durch die Vermehrung der Motorladung und eine dementsprechend erhöhte Brennstoffzufuhr erreichte Erhöhung der Leistung des Motorteils aus. Eine weitere Steigerung der Nutzgasförderung der Maschine ergibt sich daraus, daß die vermehrte Bren#nstoffzufuhr auch eine entsprechend stärkere Beschleunigung der Flugoinassen beim Arbeitshab zur Folge hat und daß demzufolge die Hubzahl je Zeiteinheit zunimmt.
  • Die beim Betrieb mit Überladung (Aufnehmerdruck p,) sich ergebende Rückführarbeit ist ungefähr gleich der durch die Fläche El, Gl, F, wiedergegebenen Rückführarbeit, wie sie sich beim Betrieb ohne überladung (Aufnehmerdruck pl) ergibt, %veil der äußere Umkehrpunkt der Flugmassen in beiden Fällen etwa. an der gleichen Stelle liegt.
  • Bei der äußeren Hubumkehrstellung tritt die unter dem erhöhten Druck p. stehende Ladung aus dem Aufnehmer:2o- durch die Spülkanäle 3 in den Arbeitsraum des Motorteils und wird beim Einwärtsgang der Flugmassen weiter verdichtet. Da die höher vorverdichtete Ladung für ihre Weiterverdichtung je Einheit, des Kolbenweges inehr Arbeit erfordert als die gering vorverdichtete Ladung, die Rückführarbeit aber sich gegenüber dem Betrieb ohneÜberladung nicht -wesentlich geändert hat, wird diese Rückführarbeit beim Betrieb mit Überladung schneller aufgebracht. Infolgedessen wird bei der letztgenannten Betriebsart der Hub h., der Flugmasse kleiner als der Hub hi beim li#trieb ohne überladung. Infolge der Verkürzung des Hubes steigt der Verdichtungsenddruck und auch der Verbrennungshöchstdruck im Motorzylinder nicht oder nicht wesentlich höher an als beim Betrieb ohne Überladung, in manchen Fällen. bleibt er sogar kleiner. Die mechanische und thermische Beanspruchung des Motorteils bleibt sonach im wesentlichen trotz der erhöhten Leistung innerhalb der gleichen Grenzen wie beim Betrieb, ohne Üb.-rladung.
  • Das in der vom Hilfsverdichter 33 zum Aufnehmer:2o führenden Leitung 35 angeordnete Rückschlagventil 36 hat den Zweck, ein Abströmen von Luft aus dem Aufnehrner 2o durch den Hilfsv..-tdichter zu verhüten, und zwar sowohl dann, wenn der Hilfsverdichter ruht und lediglich die Kolben 6 über die Auslässe 15 Spülluft in den Aufnehmer 2o fördern, als auch dann, wenn der Hilfsverdichter arbeitet. Im letztgenannten Falle tritt durch das Ausschieben der von den Kolben 6, geförderten Luft in den Aufnehmer 2o eine gewisse Erhöhung des Aufnehmerdruckes über den Förderdruck des Hilfsverdichters ein, so daß während, dieser Periode beim Fehlen des Rückschlagventils Luft, aus dem Aufnehmer über den Hilfsverdichtier nach außen entweichen würde. Während des Abschlusses des Rückschlagventils 36 kann der Hilfsverdichter in den hierbei als Aufnehmer wirkenden Behälter 37 fördern, so daß seine Förderung trotz des Ventilabschlusses nicht völlig unterbrochen wird.
  • Beim Ingangsetzen der Maschine dauert es einige Zeit, ehe die Abgasturbine und somit auch der Hilfsverdichter ihre volle Leistung aufweisen. Im allgemeinen wird man daher die Maschine in Gang bringen, ohne gleichzeitig die Abgasturbine in Betrieb zu nehmen, man wird also die Abgase zunächst durch die Nebenleitung 38 abführen und sie erst dann, wenn die Maschine läuft, durch Umstellen der Klappe 39 der Abgasturbine, zuführen und dadurch diese und den Hilfsverdichter in Gang setzen. Es ist aher auch möglich, die Anlage gleich vom Anlassen an mit Überladung zu betreiben. Zu dem Zweck kann die Abgasturbine so eingerichtet sein, daß sie bei fehlendem Abgas mit Druckluft betrieben werden kann, die einem ständig verfügbaren Vorrat entnommen wird. Beispielsweise kann die Abgasturbine 31 zu dem Zweck mit dem Behälter 12 über eine ein Absperrglied 41 enthaltende Leitung 40 verbunden sein, welche zweckmäßig zu einem besonderen Düsensatz 42 der Turbine 31 führt. Beim Ingangsetzen der Maschine wird dann zunächst durch Öffnen des Absperrgliedes 41 die Turbine 3 1 und der Hilfsverdichter 33 in Betrieb gesetzt. Dann wird die Hauptmaschine in Gang gebracht, die nun sogleich mit Überladung arbeitet. Sobald die Ab- gase genügend Energie entwickelt, um die Turbine 31 al,',lein in Gang zu halten, wird die Druckluftzufuhr zur Turbine wieder abgestellt.
  • Eine andere, noch einfachere Möglichkeit, um die Maschine von der Ingangsetzung an mit Überladung zu betreiben, besteht, darin, den Inhalt des AufnehrnerS 2o, beim Anlassen der Maschine durch Speisung dieses Aufnehmers aus einem ständig verfügbaren Druckluftvorrat auf dem erhöhten Ladedruck zu halten. Zu dem Zweck wird der Aufnehrner über eine ein Absperrglied 4,4 enthaltende Leitung 43 beispielsweise mit dem Behälter 12 verbunden. Vor dem Anlassen der Maschine wird durch Öffnen des Ab,-sperrgliedes 44 Druckluft aus. dem Behälter 12 in den Aufnehmer 2o so lange eingeführt, bis ein am Aufnehmer angeordneter Druckm.esser 45 denjenigen Druck anzeigt, wie ihn der Hilfsverdichter 35 ergibt, wenn dieser in Betrieb ist. Die Aufrechterhaltung dieses Druckes durch Nachströmenlassen von Druckluft aus dem Behälter 12 mittels entsprechender Einstellung des Absperrgliedes 44, die auch selbsttätig erfolgen kann, wird so lange fortgesetzt, bis die Abgasturbine und der Hilfsverdichter ihren ordnungsgemäßen Betrieb aufgenommen haben.
  • Beim Beispiel nach Fig. 3 ist mit dem linken Nlotorkolben 2 der Kolben 6 der Niederdruckstufe des N'erdichters, mit dem rechten Motork-oll-,>en 2 der Kolben 56 der Hochdruckstufe verbunden, der im Hochdruckverdichterzylinder 55 arbeitet. Die Druckleitung io des Niederdruckzylinders 5 führt über einen Zwischenaufnehmer 5o zum Saugventil 58 der Hochdruckstufe. Von deren Druckventil 59 führt eine Druckleitung 6-o über das Druckhalteventil 14 zum Behälter 12. Bei dieser Einrichtung ist der an die Rückseite des Verdichterkollbens 6 angrenzende Raum ig als Spülluftpumpe ausgebildet und zu dem Zweck mit Saug-ventilen 5 1 und Druckventilen 52 versehen, welch letztere in den Ladungsaufnehmer :2o ausmünden. Zu den Saugventilen 5 1 ist die Druckleitung 35 des Hilfsverdichters 33 hinzugeführt, so daß die gesamte vom Hilfsverdichter geförderte Luft zunächst der Spülluftpumpe zugeführt wird. Die Leitung 35 weist eine mit der Außenluft v.crbundene, durch ein nach innen öffnendes Rückschlagvtntil 53 verschließbare Durchbrechung 54 auf. Der Zylinder 5 der ersten Verdichteerstufe ist wieder mit Nebenauslässen 15 versehen, welche durch Druckventile 16 verschließbar sind und über Kanäle 17 mit dem Ladungsaufnehmer 2o in Verbindung stehen.
  • Die Einrichtung wirkt wie folgt: a) Betrieb ohne überladung. Bei nicht arbeitendem Hilfsverdichter wird beim Auswärtshub der Flugmassen Luft von außen her durch die Durchbrechung 54 der Leitung 35 hindurch in den Spülpumpenarbeitsraum >ig eingesaugt (Linie L-31 in Fig. 4). Gleichzeitig wirddie im Arbeitsraum 7 der ersten Verdichterstufe befindliche Luft auf den Spül- druck p, verdichtet (Linie A, - Bl) und dann zu einem Teil über die Auslässe 15 so lange in den Aufnehmer 20 übergeführt (Linie B, - C,), bis die in der Bewegungsrichtung vornliegende Kante 18 des Verdichterko#lbens 6 diese Auslässe überfahren hat. Hierauf folgt im Arbeitsraum 7 die Verdichtung (Linie Ci-D1) und das Ausschieben (Linie Dj-El). Beim Einwärtshub der Flugmassen wird die in den Raum ig eingesaugte Luft auf den normalen Spül- druck p, verdichtet (Linie 31-N) und in den Aufnehmer 2o ausgesschoben (Linie X-0).
  • b) Betrieb mit überladung: Ist der Hilfsverdichter 33 in Betrieb, so verdichtet dieser die von ihm angesaugte Luft vom Druck p" auf den Druck p.. Mit diesem Druck tritt diese Luft beim Auswärtshub der Flugmassen in den Spülpumpenarbeitsraum ig ein (Linie P-Q). Beim Einwärtshub der Flugmassen wird diese Luft auf den erhöhten Ladedruck p" verdichtet (Linie Q-R) und sodann in den Aufnehmer 2o ausgeschoben (Linie R-S). Die im Verdichterarbeitsraum 7 befindliche Luft erfährt beim Auswärtshub der Flugmassen eine Verdichtung bis auf den Druck p. (Linie A2 - B..); erst dann erfolgt das Ausschieben durch die Auslässe 15 (Linie B, - C2). Bei der anschließenden Verdichtung auf den Enddruck P4 (Linie C.-D2) ergibt sich wiederum ein vergrößertes Auss(2hubvolumen v. gegenüber dem Ausschubvolumen vi beim Betrieb mit schwach verdichteter Motorladung, also ein längerer Ausschubweg (Linie D2 -'El) und somit eine erhöhte Förderleistung des Verdichters.
  • Die Gesamtladungsmenge setzt sich hierbei zusammen aus der der Strecke mi entsprechenden, vorn Hilfsverdichter 33 über die Spülpumpe ig geförder-Menge und der der Strecke m2 ten , entsprechenden, über die Auslässe 15 ausgeschobenen Menge. In vielen Fällen reicht schon die Menge m, zur Ladung des Motorzylinders aus; es braucht dann die Entfernung e, (Fig. 3) der Auslässe 15 von der inneren Stirnwand des Verdichterzylinders nur so groß zu sein, daß bis zum überfahren dieser Auslässe durch die Vorderkante 18 des Verdichterkolbens 6 die Verdichtung des Inhalts des Raumes 7 bis auf den Druckp" sichererreicht wird.
  • Bei mehrstufigen Verdichtern, die von vornherein für den Betrieb mit Überladung bestimmt sind, wird man entsprechend dem größeren Ausschubvolumen v. der ersten Stufe gegenüber dem Ausschubvolumen vi beim Betrieb ohne Überladung die Räume der nachfolgenden. Stufen im Verhältnnis größer bemessen. Wird die Einrichtung zur Überladung an eine vorhandene Maschine mit mehrstufigem Verdichterteil nachträglich angefügt, deren zweite Stufe nur zur Aufnahme des Ausschubvolumens v, ausreicht, so stellt sich in der ersten Stufe selbsttätig eine Steigerung des Ausschubdruckes auf den Wert P4, ein, dem das Ausschubvolumen vi entspricht (Linie Dj- E2/) - Es ergibt sich hierbe-i eine geringe Vergrößerung der Rückführarbeit, entsprechend der Fläche El' Fl, F2 , , E2"

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Freiflugkolben-Motor-Verdichter, der von Brenngasen freie Druckluft als Nutzgas nach außen abgibt und bei dem außer einer Kolbenspülpumpe, deren Kolben ein Teil einer Flugmasse ist und die in einen Ladungsaufnehmer fördert, noch ein Hilfsverdichter vorgesehen ist, der von einer mit den Abgasen des Motorteils betTiebenen Turbine angetrieben wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) der Hilfsverdicht-er (33) fördert nur in den Motorteil und bewirkt in an sich bekannter Weise eine Erhöhung des im Ladungsaufnehmer (2o) herrschenden Druckes gegenüber dem Betrieb ohne Hilfsverdichter; b) die Kolbenspülpumpe fördert ständig, auch wenn der Hilfsverdichter im Betrieb ist, in den Ladungsaufnehmer; c) der Zy- linderraum (7) der ersten Verdichterstufe ist in an sich bekannter Weise über mit Druckventilen (16) verschließbare Auslässe (15), die in der mittleren Zone des Zylindermantels liegen, mit dem Ladungsaufnehmer (20) verbunden, derart, daß der Luftinhalt dieses Zylinderraunies im ersten Teil des Arbeitshubes der Flugmasse nur his auf den im Ladungsaufnehmer herrschenden Druck (p.) und erst nach dem Überfahren der ge- nannten Auslässe (15) durch den Verdichterkolben (6) weiter bis auf den Enddruck (P4) der ersten Verdichterstufe verdichtet wird.
  2. 2. Freiflugkolben-Motor-Verdichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichntt, daß der Hilfsverdichter (33) unmittelbar in den Ladungsaufnehmer (20) fördert, so daß die Kolbenspülpumpe erst dann den von ihr zu fördernden Ladungsteil in den Aufnehmer (20) überschieb#t, wenn dieser Ladungsteil in der Spülpumpe bis auf den im Aufnehmer (2o) herrschenden, durch den Hilfsverdichter (33) erzeugten Druck verdichtet ist (Fig. i). 3. Freiflugkolben-Motor-Verdichter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum der Kolbenspülpumpe lediglich von dem Teil des Zylinderraumes (7) der ersten Verdichterstufe gebildet wird, der bei der inneren Hubumkehrstellung des Kolbens (6) dieser Stufe zwischen diesen Kolben und den in der Verdichterzylinderwand angeordneten Auslässen (15) liegt (Fig. i). 4. Freiflugkolben-Motor-Verdichter nach Anspruch i, bei welchem außer der durch einen Teil des Zylinderraumes der ersten Verdichterstufe gebildeten Spülpumpe noch eineweitere von der erstgenannten unabhängige Spülpumpe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß,dieser zweiten Spülpumpe (ig) mit dem Auslaß (35) des Hilfsverdichters (33) verbunden ist (Fig- 3). 5. Freiflugkolben-Motor,-Verdichter nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaß (35) des Hilfsverdichters (33) ein Rückschlagventil (36. bzw. 5 1) angeordnet ist und daß an diesen Auslaß (35) zwischen Hiffsverdichter und Rückschlagventil ein Behälter (37) angeschlossen ist, dessen Rauminhalt zweckmäßig etwa von der gleichen Größenordnung wie der des Ladungsaufnehmers ist. 6. Freiflugkolben-Motor-Verdichter nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Antrieb des Hilfsverdichters (33) dienende Gasturbine (V) so ausgebildet und so mit einem ständig verfügbaren Druckluftvorrat (12) verbunden ist, daß diese Turbine (V) beim Ingangsetzen der Maschine mit Druckluft betrieben werden kann. 7. Freifluglcolben-Motor-Verdichter nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsaufnehmer (2,o) so an einen ständig verfügbaren Druckluftvorrat (12) angeschlossen ist, daß er zum Ingangsetzen der Maschine durch Einlassen von Druckluft bis auf den Druck (p") aufgefüllt werden kann, der im normalen Betriebe bei arbeitendem Hilfsverdichter (3,3) darin herrscht.
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DE1030100B (de) * 1956-08-24 1958-05-14 Hermann Jaenicke Anlassverfahren fuer Freikolbenverdichter
WO2013060309A2 (en) 2011-10-26 2013-05-02 Jiri Frolik Combined driving system of an electric energy generator with the utilization of the pressure potential of a high-energy medium generated in the form of a mixture of exhaust gases and compressed air with the aid of a motor with rocking pistons with an integrated compressor section

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1030100B (de) * 1956-08-24 1958-05-14 Hermann Jaenicke Anlassverfahren fuer Freikolbenverdichter
WO2013060309A2 (en) 2011-10-26 2013-05-02 Jiri Frolik Combined driving system of an electric energy generator with the utilization of the pressure potential of a high-energy medium generated in the form of a mixture of exhaust gases and compressed air with the aid of a motor with rocking pistons with an integrated compressor section

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