DE955009C - Verfarhen und Vorrichtung zur Aufladung und Regelung von Freikolben-Brennkraft-Luftverdichtermaschinen mit unveraenderlichem Kolbenhub - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Aufladung und Regelung von Freikolbem^rennloraft-Luftverdichterrnascbinen mit unveränderlichem Kolbenhub, insbesondere für solche in Zwillings- bzw. Verbundanordnung.

Es ist bereits an Freikolben- Motorverdichtern mit veränderlichem Kolbenhub bekannt, die Motor- und Verdichiterzylinder mit Druckluft geeigneter Spannung auf- bzw. nachzuladen. Die Auf- bzw. Nachladung der Verdichterzylinder erfolgt hierbei in der Weise, daß die vorverdichtete Luft entweder während des Saughubes oder aber nach Beendigung desselben über besondere, in den Zylinderwandungen angebrachte Schlitze in die Verdichterzylinder eintritt.

Bei dieser Art der Aufladung der Verdichterzylinder erfolgt die Regelung der Förderleistung durch Veränderung der dem Motor teil je Arbeitshut> zuzuführenden Treibstoffmenge, wodurch, der Förderhub der Verdichterkolben im Bereich von Leerlauf bis Vollast entsprechend variiert wird.

Bei Brennkraft-Luftverdichtermaschinen mit frei fliegenden Kolben, jedoch durch die Arbeitsweise der Maschine erforderlichem, annähernd konstantem Kolbenhub, wie dieses beispielsweise bei Zwillingsmaschinen, die im wechselläufigen Arbeitstakt mit-

einander betrieben werden, der Fall ist, kann eine Aufladung und Regelung der Förderleistung der Verdidhterzylinder in der oben beschriebenen Weise nicht vorgenommen werden.

S Bei dieser Art von Freikolben-Motorverdichtern ist eine zusätzliche Regelung der je Arbeitshub geförderten Luftmenge in Abhängigkeit von der Belastung der Maschine erforderlich.

Nun ist es bei nicht aufgeladenen Motorverdichtern, insbesondere von solchen mit frei· fliegenden Kolben, auch schon bekannt, die dem Motorteil je Arbedtshub zuzuführende Treibstoffmenge und die dem Verdichterteil je Saughub zuzuführende Gasmenge gleichzeitig und sinngemäß zu.verändern. Eine einfache Übertragung dieses Verfahrens auf aufgeladene Freikolben-Brennkraft-Luftverdichtermaschinen ist jedoch ebenfalls nicht möglich, zumal bei Maschinen mit unveränderlichem Kolbenhub. Derartige Maschinen benötigen außerdem eine besondere Regelung der Zusatzluftmengen für die Auf- bzw. Nachladung der Motor- und Verdichterzylinder.

Bei einachsigen Brennkraft-Luftverdichtermaschinen mit veränderlichem Kolbenhub ist es auch bereits bekannt, die Spülpumpen- und Verdichterhubräume durch einen Abgasturbo verdichter aufzuladen, wobei die Regelung desselben derart erfolgt, daß die Verdichtung der von ihm geförderten Luft erst oberhalb einer mittleren Belastung des Brennkraftzylinders beginnt. Für die Durchführung des Auflade- und Regelvorganges ist eine am Abgasturboverdichter vorgesehene komplizierte Regeleinrichtung erforderlich, die eine veränderliche Beaufschlagung der Turbine mit Abgasen vorsieht. Ferner ist auch bereits ein Verfahren zur Regelung des Hubes an einachsigen Motorverdöchtern mit frei fliegenden Kolben bekannt, bei welchem bei Teillast von dem in den Verdichterzylindern angesaugten Gas eine solche Menge während des ersten Teiles des Arbeitshubes der Kolben wieder ausgeschoben wird, daß die Kolben bei allen Belastungen in dar gleichen Kolbenendlage zum Stillstand kommen. Bei diesem Verfahren handelt es sich jedoch ebenfalls nur darum, die Förderleistung der Verdichterzylinder zu regeln, nicht aber um eine Aufladung der Motor- bzw. Verdichterzylinder mit Druckluft.

Desgleichen sind bereits Regelvorrichtungen bekannt, die, zwecks Regelung der Förderleistung der Verdichterzylinder, eine Steuerung der Auslaßventile an den Verdichterzylindern vorsehen. Diese Vorrichtungen sind, abgesehen von ihrer komplizierten und kostspieligen Bauart, für den vorliegenden Zweck nicht zu verwenden, da sie sich nur auf eine Regelung der Verdichterluft beschränken.

Das Besondere der Anordnung und Ausbildung des Auflade- und Regelverfahrens für Freikolben-Brennkraft-Luftverdichtermaschinen mit unveränderlichem Kolbenhub gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß außer der bekannten Regelung der je Arbeitshub dem Motorteil zuzuführenden Treibstoffmenge und der dem Verdichterteil je Saughub zuzuführenden Gasmenge gleichzeitig und sinngemäß eine mengenmäßige Regelung der Auf- hzw. Niachladeluft für die Motor- und Verdichterzylinder durch Veränderung des Förderhubes der Spül- und Ladeluftpumpen bei sonst unverändertem Kolbenhub vorgenommen wird.

Die Veränderung des Förderhubes der Spül- und Ladeluftpumpen kann beispielsweise durch Zwischenschaltung eines Regelgliedes, zweckmäßigerweise eines Rundschiebers, vorgenommen werden, und zwar derart, daß dieser während eines Teiles des Saug- bzw. Druckhubes den Hubraum der Spül- und Ladeluftpumpen mit dem Spülluftaufnehmer verbindet, wodurch der Saug- bzw. Förderhub derselben entsprechend verkürzt und damit die je Hub geförderte Spül- bzw. Ladeluftmenge verringert wird. Zwecks Leistungsregelung der Maschine kann das Regelglied beispielsweise mit einem Verbindungskanal versehen sein, der bei Leerlaufleistung die Hubräume der Spül- und Ladeluftpumpen mit dem Spülluftauf nehmer verbindet oder aber bei Vollastleistung die Verbindung zwischen den genannten Räumen unterbricht, so daß diese bei Leerlauf nur eine Teilluftrnenge, d. h. die für die Spülung der Brennkraftzylinder benötigte Luft, bei Vollast dagegen die gesamte Spül- und Ladeluftmenge für den Brennkraft- und die Verdichterzylinder fördern.

Die Leistungsregelung der Maschine erfolgt in der Weise, daß je nach der Druckluftentnahme aus den Windkesseln die Regelkolben, die die Regelstangen der Kraftstoffpumpen auf Leerlauf- oder Vollasteinspritzmenge einstellen, die Regelkolben für die Betätigung der Regelstangen der Rundschieber, die die Spül- und Ladeluftpumpen auf Leerlauf- oder Vollastförderung stellen, und die Regelkolben für die Betätigung der Greifer, die die Ein- und Ausschaltung der Saugventile der Ver- ioq dichterstufen auf Leerlauf- oder Vollastförderung bewirken, von einem gemeinsamen Steuerdruckregler aus betätigt werden und daß die Betätigung der vorgenannten Vorrichtungen gleichzeitig und sinngemäß erfolgt.

In der Fig. 1 ist die Auflade- und Regelvorrichtung gemäß der Erfindung an einem einstufigen Brennkraft-Luftverdichteraggregat mit frei fliegenden gegenläufigen Flugkolben dargestellt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den Regelvorgang an no den Spül- und Ladeluftpumpen je einer Zylindergruppe bei Leerlauf- und Vollastforderung.

In der Fig. 1 ist das Brennkraft-Luftverdichteraggrßgat im Längsschnitt dargestellt. Die .Brennkraftkolben i, 2 bzw. ~, 4 sind in bekannter Weise in den Brennkraftzylindern 9,10 paarweise gegenläufig arbeitend angeordnet, und die mit diesen verbundenen Spülpumpenkolben 5, 6 bzw. 7, 8 in den Spülpumpenzylindern 11, 12 bzw. 13, 14. Die Brennkraftzylinder 9, 10 sind mit Einspritzdüsen 15, 16, EinlaBschlitzen 17, 18 und Auslaßschlitzen 19, 20 ausgerüstet. Die Einspritzdüsen 15, 16 werden durch Kraftstoffpumpen 21, 22 mit Kraftstoff beschickt. Die Spülpumpenzylinder 11, 12 bzw. 13, 14 sind mit Saugventilen 23, 24, 25, 26 und Druckventilen i«5 27, 28, 29, 30 in üblicher Weise versehen.

Die Verdichterkolben 31, 32, 33, 34 sind in den zu beiden Seiten des Brennkraftmaschinenteiles gelegenen Verdichterzylindern 35, 36, 37, 38 angeordnet. In den Zylinderköpfen 39, 40, 41, 42 sind Saug S ventile 43, 44, 45, 46 und Druckventile 47, 48, 49, 50 vorgesehen. Zum Zwecke der Aufladung der Verdichterzylinder 35, 36, 37, 38 sind diese saugseitig durch die Aufladeleitungen 51., 52 mit dem Spülluftaufnehmer 53 verbunden. Für die Aufrechterhaltung des Betriebsdruckes hinter den Druckventüen 47, 48, 49, 50 dienen die Druickhalteventile 54, 55, 56, 57 und für die Aufnahme der geförderten Druckluft die Windkessel 58, 59.

Die Brennkraftkolben 1, 2, 3, 4 und die mit diesen verbundenen Spülpumpenkolben 5, 6, 7, 8 sowie die Verdichterkolben 31, 32, 33, 34 sind durch ein bekanntes Schwinghebelsystem, bestehend aus den Pleuelstangen 60, den Schwinghebeln 61, 62, die auf den Achsen 63, 64 im Kompressorgehäuse 65 sehwinigbar gelagert sind, miteinander verbunden. Der Gleichlauf der beiden getrennt voneinander schwingenden Kolbengruppen wird durch eine auf den Schwinghebeln 61, 62 gelagerte Synchronisierungsstange 66 erzielt.

Die eigentliche Auflade- und Regelvorrichtung der Maschine besteht aus folgenden Bauteilen: Für die Regelung der Steuervorrichtungen dient ein an und für sich bekannter Steuerdruckregler 67, der mit den Windkesseln 58, 59 verbunden ist und durch den jeweiligen Betriebsdruck in diesen betätigt wird. Der Steuerdruckregler 67 ist über Rohrleitungen 68, 69 mit den Reglerkolben 70, 71 für die Betätigung der 'Regelstangen 72, 73 der Kraftstoffpumpen 21, 22, den Reglerkolben 74, 75, 76, 77 für die Betätigung der Regelstangen 78, 79, 80, 81 der Rundschieber 82, 83, 84, 85 für die Leerlauf- und Vollastregelung der Spül- und Ladeluftpumpen 86, 87,88,89 und den Reglerkolben 90, 91, 92, 93 für die Betätigung der Greifer 94, 95, 96, 97 zur Ein- und Ausschaltung der Saugventile 43, 44, 45,46 der Verdichterstufen 98, 99., 100, 101 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt die Stellung der Regelvorrichtungen bei Vollastleistung und die Fig. 3 die Stellung der Regelvorrichtungen bei Leerlaufleistung. Bei der in Fig. 2 dargestellten Vollastleistung betätigt, bei Unterschreitung eines bestimmten Betriebsdruckes im Windkessel 59, der Steuerdruckregler 67 gleichzeitig die Reglerkolben 71, 76, 77, 92, 93, wodurch, unter der Einwirkung der Regler federn 102, 103, 104, 105, 106, die Regelstange 73 der Kraftstoff pumpe 22 auf Vollastmenge, die Regelstangen 8o, 81 der Rundschieber 84, 85 auf Vollastförderung und die Greifer 96, 97 ebenfalls auf Volllastförderung eingestellt werden.

Bei dieser Regelstellung sind die Rundscbieber 84,85 durch die Regelstangen 80, 81 so 'eingestellt worden, daß diese die Verbindungskanäle 107, 108 verschließen und damit die Verbindung zwischen den Hubräumen der Spül- und Ladeluftpumpen 88, 89 und dem Spülluftaufnehmer 53, nach Über-® schreitunig der Schlitze 109, 110 durch die Spülpumpenkolben 7, 8, unterbrechen, wodurch der volle Förderhub in den Hubräumen 88, 89 erzielt wird.

Gleichzeitig sind die Greifer 96, 97 außer Eingriff gesetzt, so daß die Saugventile 45,46 in normale Funktion treten, d.h. beim Saughub der Verdichterkolben 33, 34 tritt die vorverdichtete Luft, aus dem Spülluftaufnehmer 53 über die Aufladeleitungen 51, 52 in die Verdiohterstufen 100, 101 ein und wird beim Rückhub der Verdichterkolben 33, 34 auf Betriebsdruck verdichtet und über die Druckventile 49, 50 und die Druckhalteventile 56, 57 in den Windkessel 59 ausgeschoben.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Leerlaufleistung der Maschine betätigt bei Überschreitung eines bestimmten Betriebsdruckes im Windkessel 59 der Steuerdru'ckregler 67 ebenfalls gleichzeitig die Reglerkolben 71, 76, 77, 92, 93, wodurch, entgegen der Spannung der Reglerfedern 102, 103, 104, 105, 106, die Regelstange 73 der Kraftstoffpumpe 22 auf Leerlaufmenige, die Regelstangen 80, 81, die die Rundschieber 84, 85 auf Leerlauf förderung und die Greifer 96, 97 ebenfalls auf Leerlaufförderung stellen, betätigt werden.

Bei dieser Regelstellung sind die Rundschieber 84,85 so eingestellt, daß diese die Verbindungskanäle 107, 108 zwischen den Hubräumen der Spül- und Ladeluftpumpen 88, 89 nach Überfahren der Schlitze 109, 110 durch die Spülpumpenkolben 7, 8 öffnen und damit die Verbindung zwischen diesen Räumen herstellen, wodurch in den Hubräumen 88, 89 nur eine Teilluftmenge gefördert wird, und zwar im ersten Teilhub der Spülpumpenkolben 7, 8. Im zweiten Teilhub derselben wird, nachdem die Spülpümpenkolben 7,8 beim Einwärtsgang mit ihren äußeren Kanten die Schlitze 109, 110 überfahren .haben, die Luft zwischen den Hubräumen der Spül- und Ladeluftpumpen 88, 89 und dem SpüUuftaufnehmer 53 über die Verbindungskanäle 107, 108 nur hin- und hergewälzt. Die Spül- und Ladeluftpumpen 88, 89 fördern, somit nur die für den Spül- und Ladevorgang der Brennkraftzylinder benötigte Luft.

Gleichzeitig sind die Greifer 96, 97 eingeschaltet und setzen die Saugventile 45, 46 außer Betrieb, so daß die Luft zwischen den Hubräumen der Verdichterstufen 100, 101 und dem Spülluftaufnehmer 53 über die Aufladeleitungen 51, 52 ebenfalls nur hin- und hergewälzt wird, also keine Förderung der Luft in den Verdichterstufen 100, 101 erfolgt.

In der vorbeschriebenen Weise spielt sich auch der Regelvorgang in dem anderen der beiden miteinander gekoppelten Brennkraft-Luftverdichter ab.

Die Auflade- und Regelvorrichtung kann in der gleichen Weise bei mehrstufigen Verdichtern Anwendung finden. -U5

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Auflade- und -Regelverfahren für Freikolben-Brennkraft-Luftverdichtermaschinen mit unveränderlichem Kolbenhub, insbesondere für solche in Zwillings- bzw. Verbundanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß außer der bekannten Regelung der je Arbeitshub dem Motorteil zugeführten Treibstoffmenge und der dem Ver- «5 ddchterteil zugeführten Gasmenge gleichzeitig

   und sdirngemäß eine mengenmäßige Regelung der Auf- bzw. Nachladeluft für die Motor- und Verdichterzylinder durch Veränderung des Förderhubes der Spül- und Ladeluftpumpen, bei sonst unveränderlichem Kolbenhub, vorgenommen wird.
2. 2. Auflade- und Regelvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des

   ίο Förderhubes der Spül- und Ladeluftpumpen durch Zwischenschaltung eines Regelgliedes, zweckmäßigerweise eines Rundschiebers (82, 83, 84, 85), vorgenommen wird, derart, daß dieser während eines Teiles des Saug- bzw. Druckhubes den Hhabraum der Spül- und Ladeluftpumpen (86, 87, 88, 89) mit dem Spülluftaufnehmer (53) verbindet, wodurch der eigentliche Saug- bzw. Förderhub der Spül- und Ladeluftpumpen verkürzt und damit die je Hub ge-

   ao förderte Luftmenge verringert wird.
3. 3. Auflade- und Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundschieher (82) 83, 84, 85) mit einem Verbindungskanal (107, 108) verstehen ist, der bei Leeras laufleistung die Hubräume der Spül- und Ladeluftpumpen (86, 87, 88, 89) mit dem Spülluftäufnehmier (53) verbindet oder aber bei Volllastleistung die Verbindung zwischen den genannten Räumen unterbricht, so daß die Spül- und Ladeluftpumpen bei Leerlauf nur eine Teilluftmenge, d.h. die für die Spülung des Brennkraftzylinders benötigte Luft, bei Vollast dagegen die gesamte Spül- und Ladeluftmenge für den Brennkraft- und die Verdichterzylinder fördern.
4. 4. Auflade- und Regelvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß je nach der Druckluftentnahme aus den Windkesseln (58, 59) die Regelkolben (70, 71), die die Ragelstangen (72, 73) der Kraftstoffpumpen (21, 22) auf Leerlauf- oder Vollastmenge einstellen, die Regelkolben (74, 75, 76, Jj) für die Betätigung der Regelstangen (78, 79, 80, 81) der Rundschieber (82, 83, 84, 85), die dieSpül- und Ladeluftpumpen (86, 87, 88, 89) auf Leerlauf- oder Vollastförderung stellen, und die Regelkolben (90, 91, 92, 93) für die Betätigung der Greifer (94, 95, 96, 97), die die Ein- und Ausschaltung der Saugventile (43, 44, 45, 46) der Verdichterstufen (98, 99, 100, 101) auf Leerlauf- oder Vollastförderung bewirken, durch den Steuerdruckregler (67) betätigt werden und daß die Betätigung der genannten Vorrichtungen gleichzeitig und sinngemäß erfolgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 956 533;
   deutsche Patentschriften Nr. 716 844, 733 720.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   J 609 548/260 6.56 (609 723 12.56)