DE958788C

DE958788C - Start- und Regelverfahren fuer einen im Gegentakt arbeitenden, pulvergestarteten Freiflugkolbenkompressor

Info

Publication number: DE958788C
Application number: DEW6035A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erich Wachsmuth
Original assignee: ERICH WACHSMUTH DIPL ING
Current assignee: ERICH WACHSMUTH DIPL ING
Priority date: 1951-06-15
Filing date: 1951-06-15
Publication date: 1957-02-21

Description

Zweizylinder - Freikolben - Dieselkomp ressor en, auch Gegentakt-Freikolbenmaschinen genannt, bestehen aus zwei achsparallel angeordneten Gegenkolben-Motor-Kompressorsystemen, deren Kolbengruppen um i8o° phasenverschoben laufen. Der Gegentakt wird mittels geeigneter Übertragungselemente erzwungen, z. B. mittels paarweise die Kolben verbindender Schwingen, die ihrerseits wiederum durch geeignete bekannte Mittel, wie im gegenseitigen Eingriff stehende Zahnsegmente, synchronisiert werden.

Der Start von Freikolbenmaschinein erfolgt üblicherweise mittels Druckluft. Der Druckluftstart erfordert hochgespannte Druckluft a,ls Anlaßmittel, eine Druckluftflasche als Luftbehälter, Regel- und Steuerorgane sowie eine Einrichtung zum Arretieren der Kolben vor dem Start. Zur Sicherstellung der Anlaßluft ist ein besonderer Hochdruckkompressor erforderlich.

Außer dem Druckluftstartverfahren wurden auch mechanische Startverfahren für Freikolbenmaschinen (Federanlasser) entwickelt. Der für den Druckluftstart benötigte Aufwand ist hier durch einen kaum geringeren mechanischen Aufwand zum Spannen einer Feder von entsprechendem Arbeitsvermögen und für den Übertragungsmechanismus der Arbeit auf das Massensystem ersetzt.

Gegenstand verschiedener Patente ist schließlich der Pulverstart von Freikolbenmaschinen. Der Pulverstart ermöglicht es, auf die Arretierung der

Kolben vor dem Start, die Druckluftflasche und den Hochdruckkonipressor zu verzichten. Dennoch konnte sich keiner der bisherigen den Pulverstart von Freikolbenmaschine!! betreffenden Vorschläge in der Praxis einführen. Pulvergestartete Freikolbenmaschinen zeigten oft schon nach kurzer Dienstzeit durch Korrosion bedingte Betriebsstörungen. Die Ursachen der Korrosion sind Säuren, deren Entstehung im folgenden kurz erklärt werden soll.

Ebenso wie beim Druckluftstart erfolgt der Pulverstart gemäß diesen Vorschlägen von. der Kompressorseite her. Die hochgespannten Pulvergase beschleunigen die in ihrer Anlaß stellung nahe ihrem äußeren Totpunkt stehenden Kolben nach einwärts und leisten dabei die der ersten Dieselzündung vorausgehende Motorverdichtung. Eine direkte Beaufschlagung des Kompressorsystems selbst durch die Pulvergase — analog dem Druck-

luftstart ist hier allerdings nicht möglich,, da der

plötzliche Druckanstieg bei der Entzündung der Pulverladung die Auslaßventile öffnen würde. Die Pulvergase werden darum den Pufferzylindern oder auch besonderen Anlaß zylindern zur Entspannung und Arbeitsleistung zugeleitet, oder es werden die Ladungen unmittelbar in ihnen zur Entzündung gebracht. In den nicht oder nur unzureichend gespülten Puffer- oder Anlaßzylindern sowie den zugehörigen Leitungen und Ventilen der so gestarteten Maschinen bilden sich als Kondensationsprodukte der Pulvergase die vorerwähnten Säuren. Die die Anwendung des Pulverstarts bisher praktisch verhindernden Korrosionsschäden lassein sich vollkommen vermeiden, wenn die Freikolbenmaschine gemäß dem Verfahren nach der Erfindung motorseitig gestartet wird.

Die vorliegende Erfindung hat das moto>rseitige Pulverstartverfahren von Gegentakt-Freikolbenmaschinen in Verbindung mit einem für dieses Pulverstartverfahren besonders geeigneten Regelverfahren zum Gegenstand.

Beim motorseitigen Pulverstartverfahren· nach der Erfindung wird eine abgestimmte Pulverladung im Totraum des zu startenden Zylinders, nachdem die Kolben des betreffenden Zylinders zuvor in eine ihrer inneren Totlage nahe Stellung gebracht wurden, entzündet, so daß die Kolben im gestarteten Zylinder durch die Explosion, auseinandergetrieben werden, während gleichzeitig das Kolbenpaar im Gegenzylinder über die die Kolben paarweise verbindenden Kupplungsglieder gegeneinander getrieben wird, wobei die zwischen, diesem Kolbenpaar motorseitig eingeschlossene Luft verdichtet, der diesem Zylinder in Totpunktnähe eingespritzte Brennstoff entzündet und dadurch nunmehr das Kolbenpaar dieses Zylinders auseinandergetrieben wird, während die Kolben des gestarteten Zylinders ihren Verdichtungshub machen, usf.

Das in einer Kartusche enthaltene Pulver verbrennt hierbei unter Drucksteigerung unmittelbar im Totraum des Motors, und die Pulvergase entweichen nach erfolgter Entspannung restlos durch die Motorauslaßschlitze, ohne unter ihren Taupunkt abgekühlt zu werden, so· daß die schädliche Säurenbildung unterbunden ist.

Die beanspruchte Kombination dieses motorseitigen Pulverstartverfahrens mit dem im nachfolgenden näher beschriebenen Regelverfahren soll hinsichtlich ihrer funktioneilen Verbindung und gegenseitigen Ergänzung für den besonderen Fall der Gegentakt-Freikolbenmaschine noch einer kurzen Betrachtung unterzogen werden.

Start- und Regelverfahren sind bei Gegentakt-Freikolbenmaschinen engstens verknüpft. So würde ein betrieblich durchaus geeignetes, regeltechnisch einfacheres' Regelverfahren,, das bei für motorseitigen Pulverstart geeigneten. Einzylindermaschinen optimale Startbedingungen im Hinblick auf die Größe der erforderlichen Pulverladung ergibt, bei der Gegentaktmaschine angewendet, eine etwa zweimal größere Startarbeit, gleichbedeutend mit einer zweimal größeren Pulverladung für den Start, benötigen als die beanspruchte Kombination. Das Regelverfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die motorseitig pulvergestartete Maschine kompressorseitig gegen atmosphärischen oder etwa atmosphärischen Gegendruck anläuft und ausschiebt und daß mit ansteigendem Aufnehmerdruck die dem Motorteil eingespritzte Brennstoffmenge der bis zur Erreichung des unteren Nenndruckes im Aufnehmer stetig wachsenden Verdichterarbeit automatisch angepaßt wird, daß bei weitersteigendem Druck jedoch, d. h. innerhalb des eigentlichen Betriebsdruckbereiches, die Verdichterarbeit durch stetige Verminderung des Verdichtungsvolumene pro Hub der zwischen dem unteren Nenndruck und dem höchstzulässigen Aufnehmerdruck von Vollast auf Leerlauf zurückgeregelten Brennstoffeinspritzmenge angepaßt wird.

Vorteilhafterweise werden bei dem Start- und Regelverfahren nach der Erfindung zwei auf den Aufnehmerdruck ansprechende Druckdosen verwendet, von denen die eine dem Start und die andere dem Betrieb zugeordnet ist und welche so^; geschaltet sind, daß die mittel- oder unmittelbar an einem entsprechenden. Übertragungselement, zweckmäßig einem zweiarmigen Hebel, angreifende und über diesen, auf die Regelstange der Brennstoffpumpe — im Sinne größerer Brennstoffmenge mit wachsendem Auf nehmer druck — einwirkende Start- no dose mit Erreichung des ihrer Kolbenendlage zugeordneten Nenndruckes im Aufnehmer von der weiteren Regelfunktion ausgeschaltet wird und daß gleichzeitig die Betriebsdose, die zwischen dem Nenndruck und dem höchstzulässigen Aufnehmerdruck arbeitet, in Funktion tritt und durch Einwirkung auf das freie Ende des zweiarmigen Hebels die Regelstange im Sinne einer Einspritzmengenverminderung verstellt und das Verstellelement eines die Luftfördermenge beeinflussenden Gerätes in Zuordnung zur jeweiligen Brennstoffeinspritzmenge im Sinne einer Fördermengenverkleinerung bewegt.

Die Anpassung der Brennstoffmenge an die Verdichtungsarbeit erfolgt bei Pumpen mit Schrägkantensteuerung zweckmäßig durch entsprechende

Formgebung der Pumpenstempelsteuerkanten-, deren Konstruktion vorteilhaft eine dem Aufnehmerdruck lineare Verdrehung der Pumpenstempel zugrunde gelegt wird. Dies macht allerdings die Verwendung anomaler Pumpenstempel notwendig. Es ist aber auch die Verwendung normaler Pumpenstempel mit linearer Steigung möglich. Hierbei ist dann lediglich eine durch Rechnung oder Versuch hinsichtlich ihrer Formgebung

ίο ermittelte Hubscheibe in das Übertragungsgetriebe zwischen Startdose und Regelstange einzuschalten. Ebenso ist für den Betriebsdruckbereich die je~ weilige Verdichtungsarbeit der durch den Aufnehmerdruck bestimmten Einspritzmenge durch entsprechende Formgebung der Steuerkanten; an dem die Luftfördermenge beeinflussenden Gerät anzupassen. Dieses Gerät ist ein der Brennstoffpumpe ähnlicher hydraulischer Impulsgeber, der — wie die Brennstoffpumpe — eine Schrägkantensteuerung besitzt und der entsprechend der jeweiligen Stellung seines Verstellelementes in an sich bekannter Weise die auf die Kompressoirsaugventile wirkenden Greifer hydraulisch so steuert, daß diese über einen kürzeren oder längeren Weg des Verdichtungshubes offengehalten werden. Abb. ι und 2 zeigen Ausführungsbeispiele für die Einrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens.

Nach dem Schemabild 1 wird die Anpassung der Brennstoffmenge an die vom Aufnehmerdruck abhängige Verdichtungsarbeit bzw. der Luftfördermenge an die Brennstoffmenge durch entsprechende Formgebung der Brennstoffpumpensteuerkanten und der Steuerkanten des die Luftfördermenge steuernden Gerätes erreicht.

Im einzelnen stellt dar: 1 die zwischen ο atü und dem unteren Nenndruck arbeitende Druckdose (Startdose), bestehend aus dem Zylinder 2, dem Kolben 3 mit der Kolbenstange 4 und der Feder 5; 6 den Anlenkpunkt der Kolbenstange 4 an dem zweiarmigen Hebel ¹J, der einmal an der Regelstange 8 der Brennstoffpumpe 9 und außerdem über den Anlenkpunkt 10 an dem Vers tel IeI enieint (Regelstange) 11 des die Luftfördermenge beeinflussenden Gerätes 12 angreift; 13 die zwischen dem unteren und dem oberen Betriebsdruck arbeitende Druckdose (Betriebsdose), bestehend aus dem Zylinder 14, dem Kolben 15 mit seiner Kolbenstange 16 und der entsprechend dem unteren Nenndruck vorgespannten Feder 17. Infolge der hohen Federvorspannung und dem relativ kleinen Wirkdruck ist der Arbeitsweg dieser Dose nur klein. Er wird daher über den am Verstellelement 11 angreifenden Hebel 18 auf den für die Regelung zwischen Null- und Vollast erforderlichen Regelstangenweg übersetzt. 19 und 19' sind die die Druckdosen mit dem nicht gezeichneten Druckluftaufnehmer verbindenden Druckleitungen.

Abb. 2 zeigt grundsätzlich die gleiche Einrichtung, jedoch unter Verwendung einer normalen Brennstoffpumpe, d. h. einer Pumpe mit linearer Steuerkantensteigung. In diesem Falle können Regelstangenweg und Aufnehmerdruck nicht mehr verhältnisgleich sein. Die Übertragung des Arbeitsweges der Druckdose 1 auf die Brennstoffpumpenregelstange 8 geschieht hier über eine eingeschaltete Hubscheibe 20, die, vom Kolben 3 der Druckdose 1 über ein Zahnstangengetriebe 21 verdreht, die Erhebung des zwangschlüssigen Nockenstößels 22 steuert und so den Weg der Regelstange 8 bestimmt.

Die Arbeitsweise der Einrichtungen nach Abb·. 1 und 2 ist im übrigen vollständig gleich.

Die Darstellungen beziehen sich auf die Verhältnisse vor dem Start. Mit steigendem Aufnehmerdruck bewegt sich der Kolben 3 gegen den Druck der Feder 5 nach rechts, während der Kolben 15 infolge der hohen Federvorspannung zunächst in Ruhe bleibt. Der nach rechts gehende Kolben 3 verschiebt — über den sicji um den zunächst festen Punkt 10 drehenden Hebel 7 — die Regelstange 8 entsprechend der wachsenden Verdichterarbeit in Richtung auf Vollast und erreicht diese Stellung mit der dem unteren Nenndruck zugehörigen Kolbenendlage. Mit weitersteigendem Drude bewegt sich jetzt der Kolben 15 nach rechts und verschiebt über das ebenfalls nach rechts, d. h. im Sinne Nullförderung gehende Verstellelement¹11 und den jetzt um den festen Punkt 6 drehenden Hebel 7, die Brennstoffpumpenregelstange 8 nach go links, d. h. in Richtung auf Leerlauf.

Claims

Patentansprüche:

i. Start- und Regelverfahren für einen im Gegentakt arbeitenden, pulvergestarteten Freifiugkolbenkompressor, dadurch gekennzeichnet, daß eine abgestimmte Pulverladung im Totraum des zu startenden Zylinders, nachdem die Kolben des betreffenden Zylinders zuvor in eine ihrer inneren Totlage nahe Stellung gebracht wurden, entzündet wird, so daß die Kolben im gestarteten Zylinder durch die Explosion auseinandergetrieben werden, während gleichzeitig das Kolbenpaar im Gegenzylinder über die die Kolben paarweise verbindenden Kupplungsglieder gegeneinandergetrieben wird, wobei die zwischen diesem Kolbenpaar motorseitig eingeschlossene Luft verdichtet, der diesem Zylinder in Totpunktnähe eingespritzte Brennstoff entzündet und dadurch nunmehr das Kolbenpaar dieses Zylinders auseinandergetrieben wird, während die Kolben des geistarteten Zylinders ihren Verdichtungshub machen, usf.; ferner daß die motorseitig pulvergestartete Maschine kompressorseitig gegen atmosphärischen oder etwa atmosphärischen Gegendruck anläuft und ausschiebt und daß mit ansteigendem Aufnehmerdruck die dem. Motorteil eingespritzte Brennstoffmenge der bis zur Erreichung des unteren Nenndruckes im Aufnehmer stetig wachsenden Verdichterarbeiit automatisch angepaßt wird, daß bei weitersteigendem Druck jedoch, d. h. innerhalb des eigentlichen Betriebsdruckbereiches, die Verdichterarbeit durch stetige Verminderung des

Verdichtungsvolumens pro Hub der zwischen dem unteren Nenndruck und dem höchstzulässigen Aufnehmerdruck von Vollast auf Leerlauf zurückgeregelten B rennstoöeinsp ritzmenge angepaßt wird.
2. Start- und Regelverfahren nacht Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier auf den Aufnehmerdrück ansprechender Druckdosen (i, 13), von denen die eine (1) dem Start und die andere (13) dem Betrieb zugeordnet ist und welche so geschaltet sind, daß die mittel- oder unmittelbar an einem entsprechenden Übertragungselement, zweckmäßig einem zweiarmigen Hebel (7), angreifende und über diesen auf die Regelstange (8) der Brennstoffpumpe (9) — im Sinne größerer Brennstoffmenge mit wachsendem Aufnehmerdruck — einwirkende Startdose (1) mit Erreichung des ihrer Kolbenendlage zugeordneten Nenndruckes im Aufnehmer von der weiteren Regelfunktion ausgeschaltet wird, und daß gleichzeitig die Betriebsdose (13), die zwischen dem Nenndruck und dem höchstzulässigen Aufnehmerdruck arbeitet, in Funktion tritt und durch Einwirkung auf das freie Ende des zweiarmigen Hebels (7) die Regelstange (8) im Sinne einer BrennstO'ffmengenverminderung verstellt und das Verstellelement (11) eines die Luftfördermenge beeinflussenden Gerätes (12) in Zuordnung zur jeweiligen Brennstoffeinspritzmenge im Sinne einer Fördermengenverkleinerung bewegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 623037, 612 131, 703. 632 39°- 736 049, 623 038, 716 844, 454,^ 714 687;

französische Patentschriften Nr. 845 476, 362513;

schweizerische Patentschrift Nr. 211 168; britische Patentschrift Nr. 334226;

USA.-Patentschriften Nr. 2447513, 2435970, 425 850, 2 344 058, 2 246 701, 2 222 260, 2200892, 2182063, 2 178 311.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen