Brennkraftmaschinenanlage mit Sauggasgenerator. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinenanlage mit Sauggas generator und mindestens einem Gebläse, das den Saugzug im Generator erzeugt und das vom Generator belieferte Brenngas und die mit letzterem für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine zu mischende Luft verdichtet, und das mit einer von der Brennkraftmaschine gespeisten Abgasturbine gekuppelt ist.
Läuft bei derartigen Anlagen die Brenn- kraftmaschine mit geringer Belastung, oder steht sie ganz still, so steht in ihren Abga sen für den Antrieb des Gebläses durch die Abgasturbine nur wenig bezw. keine Ener gie zur Verfügung. Dementsprechend sind auch die Gasentwicklung des Generators und der Druck, unter welchem das Gemisch von Brenngas und Luft in der Ansaugleitung zur Verfügung steht, für die rasche Anpas sung der Leistung der Brennkraftmaschine an eine Zunahme der Belastung bezw. für das Ingangsetzen der Brennkraftmaschine ungenügend.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, ist es bekannt, für den Antrieb des Gebläses beim Inbetriebsetzen der Anlage bezw. für das Anlassen der Brennkraftmaschine einen Elektromotor mit ausrückbarer Kupplung oder eine Handantriebsvorrichtung vorzu sehen; der Motor bezw. die Antriebsvorrich tung wird vom Gebläse entkuppelt, sobald die Brennkraftmaschine arbeitet.
Nach dem selben bekannten Vorschlag ist ferner die Übersetzung zwischen der Abgasturbine und dem Gebläse veränderbar, so dass die Lei stung des Gebläses im Rahmen der verfüg baren Abgasenergie den Erfordernissen an gepasst werden kann.
Es sind auch ähnliche Anlagen bekannt, wo das Gebläse zur Erzeugung des Saug zuges im Generator von einem Elektromo tor mit veränderlicher Drehzahl angetrieben wird, so dass es trotz wechselnden Verhält nissen das Brenngas auf einen gleichbleiben den Druck verdichtet.
Die Anlage gemäss der qvorliegenden Er findung ist gekennzeichnet durch eine mit dem Gebläse ständig gekuppelte elektrische Maschine, welche mit einer Akkumulatoren batterie zusammenarbeitet, und durch einen von der Drehzahl des Gebläses beeinflussten Regler, welcher die Leistungsabgase bezw. Leistungsaufnahme der elektrischen Ma schine derart regelt, dass das Gebläse mit gleichbleibender Drehzahl läuft.
Es ergibt sich bei diesen Verhältnissen ausser einem bei allen Drehzahlen der Brenn- kraftmasehine ausreichenden Saugzug im Generator ein mit sinkender Drehzahl der Brennkraftmaschine zunehmender Druck des Gemisches aus Brenngas und Luft, mit wel chem die Brennkraftmaschine gespeist wird. Infolgedessen kann gerade bei kleiner Dreh zahl, wo es zwecks rascher Beschleunigung oft benötigt wird, ein hohes Drehmoment der Brennkraftmaschine erzielt werden.
Der Regler ist zweckmässigerweise so aus gebildet, dass die Drehzahl des Gebläses, de ren Einhaltung er bewirkt, einstellbar ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel der Anlage nach der Erfindung dar gestellt.
Die Bezugsziffer 1 bezeichnet den Gage- nerator, in welchen die Luft durch den Zwi schenraum zwischen zwei gleichachsigen Röh ren 2 und 9 eintritt und durch den Man telraum 3 und die Schlitze 4 zur Glühzone der Generatorfüllung 5 gelangt. Diese Fül lung besteht beispielsweise aus Holz- oder Holzkohlestücken, die durch den Deckel 6 eingefüllt werden können. Das beim Glühen der Generatorfüllung 5 freiwerdende brenn bare Gas fliesst durch den Rost 7 in den Raum 8 unten im Generator und steigt dann durch das Rohr 9 auf, wobei es einen Teil seiner Wärme durch das Rohr 2 an die dieses um gebende, in den Generator eintretende Luft abgibt und diese so vorwärmt.
An das Rohr 9 sind Kühlungs- und Rei nigungsvorrichtungen angeschlossen, von de nen in der Zeichnung nur beispielsweise ein Zyklonreiniger 10 dargestellt ist und von welchen aus das Gas dann durch das Rohr 11 in das Kreiselgebläse 12 gelangt. Dessen Rad 13 sitzt auf einer Welle 14. Auf der einen Seite der Radnabe befindet sich der Brenngassaugraum 15, in welchem das Rohr 11 mündet; auf der andern Seite ist ein Luftsaugraum 16 vorgesehen, dem atmo sphärische Luft über das Luftfilter 17 und das Rohr 18 zufliesst. Von den zwischen den Schaufeln des Rades 13 liegenden, in vor wiegend radiale Richtung laufenden und am Radumfang in den Spiralkrümmer 19 des Gebläsegehäuses mündenden Kanälen geht Abwechselnd einer (20) vom Brenngassaug- raum 15 und einer (21) vom Luftsaugraum 16 aus.
Zur Regelung der in das Gebläse 13 ein tretenden Brenngas- und Luftmengen ist in jedem der Rohre 11 und 18 eine Drossel klappe 50 bezw. 51 vorgesehen. Die Betäti gungshebel 52 bezw. 53 dieser Klappen sind im vorliegenden Fall mittels einer gemein samen Einstellstange 54 gekuppelt; sie könnten aber auch für Einzelbetätigung vor iresehen oder über eine Regelvorrichtung ge kuppelt sein.
An den Spiralkrümmer 19 ist ein Rohr ?? angeschlossen, das durch Umstellen einer Klappe 23 -wahlweise mit der Saugleitung 24 des Gasmotors 25 oder mit einem ins Freie führenden Stutzen 26 verbunden werden kann.
Die Abgais@leitung 2#7 des Gasmotors 25 steht mit der Einlassspirale 28 der Abgastur bine 29 in Verbindung. Diese Turbine hat einen feststehenden Leitschaufelkranz 30, durch -welchen die aus der Spirale 28 austre tenden Abgase gegen die Schaufeln des Laufrades 31 gelenkt werden, das auf dersel ben Welle 14 sitzt, wie das Rad<B>1,9</B> des Krei selgebläses. Hinter dem Laufrad 31 ist das ins Freie führende Austrittsrohr 32 an die Turbine angeschlossen.
Auf der Welle 14 sitzt ferner der Rotor einer elektrischen Gleichstrommaschine 33, die bald als Stromerzeuger, bald als Elektro motor zu laufen hat und deren Klemmen 55. 56 mit den beiden Polen einer Akkumula- torenbatterie 36 leitend verbunden sind. Zur Erregung des Feldes dieser Maschine sind einerseits eine an die Bürsten 34 und 35 angeschlossene Nebenschlusswicklung 37 und anderseits eine beim Stromerzeugerbetrieb ein entgegengesetzt gerichtetes Feld erzeu gende, in der Verbindung der Bürste 35 mit der Batterie liegende Seriewicklung 38 vor gesehen.
In den Stromkreis der Nebenschluss wicklung 37 ist ein Widerstand 39 einge schaltet, der über die Kontakte 40 eines Zitterreglers überbrückt werden kann. Im Ruhezustand werden diese Kontakte durch eine Feder 58 offen gehalten. Zum Schliessen der Kontakte 40 ist eine Elektromagnetspule 41 vorgesehen; diese liegt im Ankerstrom kreis einer Tachometerdynamo 42, die eben falls von der Welle 14 angetrieben wird und deren Feld in nicht gezeichneter Weise zum Beispiel mittels Dauermagneten erzeugt wird. Der Stromkreis Dynamo 42 - Spule 41 ent hält einen von Hand einstellbaren Wider stand 43.
Auf die Kontakte 40 wirkt ferner eine Rückführungswicklung 57, die der Feld wicklung 37 parallel geschaltet und so ge wickelt ist, dass der Strom, der sie in der Richtung vom Widerstand 39 und vom Kon taktpaar 40 nach der Bürste 35 durchfliesst, ein auf die Kontakte im Sinne des Öffnens wirkendes magnetisches Feld erzeugt. Die Induktivität der Rückführwicklung 57 ist kleiner als diejenige der Feldwicklung 37.
Durch Schliessen eines Schalters 44 kann ein Widerstand 45 parallel zur Batterie 36 in den Hauptstromkreis eingeschaltet wer den, auf welchen die Gleichstrommaschine 33 arbeitet. Der Schalter 44 wird elektro magnetisch betätigt von einer an die beiden Polklemmen der Batterie angeschlossenen Spannungsspule 46, deren im Sinne des Schliessens der Schalters 44 wirkende Zug kraft mit der Spannung zwischen den Klem men der Batterie 36 zunimmt und durch eine im Hauptstromkreis liegende Stromspule 47, deren Zugkraft den Schalter 44 zu schliessen sucht, wenn die Spannung an den Klemmen 55, 56 der elektrischen Maschine höher ist als die Spannung an den Klemmen der Bat terie 36, das heisst wenn die Maschine 33 als Stromerzeuger arbeitet.
Eine Zugfeder 48 sucht den Schalter 44 entgegen der jeweiligen Zugkraft der Spulen 46 und 47 offen zu halten.
Der Hauptstromkreis Gleichstromma schine 33 - Batterie 36 enthält ferner einen von Hand zu betätigenden Schalter 49.
Die beschriebene Anlage arbeitet folgen dermassen Zum Inbetriebsetzen der Anlage muss die Batterie 36 aufgeladen sein. Dann wird die Füllung 5 des Gasgenerators 1 im Bereich zwischen. ,den Luftschlitzen 4 und dem Rost 7 durch ein Feuer im Raum 8 zum Glühen ge bracht, die Klappe 23 so umgelegt, dass das vom Gebläse kommende Rohr 22 mit dem ins Freie führenden Rohr 26 verbunden und die Motorsaugleitung 24 abgesperrt wird, und der Schalter 49 geschlossen.
Es fliesst dann ein Strom von der Plusklemme der Batterie 36 über die Klemme 55, die Bürste 34, den Anker der elektrischen Maschine 33, die Bürste 35, die Seriefeldwicklung 38, die Klemme 56, den Schalter 49 und die Strom spule 47 zur Minusklemme der Batterie 36. Dieser Strom reicht nicht aus, um durch seine Wirkung in der Spule 47 den Schalter 44 entgegen der Kraft der Feder 48 zu schliessen. Vom Hauptstrom geht ferner ein Teil von der Klemme 55 über den Wider stand 39 und die Nebenschluss-Feldwicklung 37; das durch die letztere erzeugte Feld ist gleich gerichtet, wie das von der Serie feldwicklung 38 herrührende Feld.
Die Kontakte 40 des Zitterreglers berühren sich zunächst nicht, :so dass der Nebenechluss- Erregerstrom dauernd durch den Widerstand 39 fliesst.
Infolge des in der elektrischen Maschine 33 durch diese Ströme hervorgerufenen Drehmomentes beginnt nun deren Anker zu drehen und über die Welle 14 die Tacho- meterdyna.mo 42 und das Rad 13 des Ge bläses anzutreiben. Das Gebläse saugt nun Luft durch den Zwischenraum zwischen den Rohren 2 und 9, den Mantelraum 3, die Schlitze 4 und den in der Glühzone zwischen diesen und dem Rost 7 liegenden Teil der Füllung des Generators. Durch diesen Saug- zug wird der Vergasungsvorgang in dieser Glühzone in Gang gebracht.
Das entstehende brennbare Gas mischt sich mit der Luft und gelangt mit dieser aus dem Raum 8 durch das Rohr 9, den Reiniger 10 und das Rohr 11 in den Raum 15 des Gebläses. Durch die Drehung des Rades 13 wird das Gemisch durch die Schaufelkanäle 20, die Spirale 19 und die Rohre 22 und 26 ins Freie befördert, bis die Vergasung im Generator 1 einwand frei vor sich geht. Das kann daran festge stellt werden, dass das durch das Rohr 26 austretende Gemisch von Brenngas und Luft brennbar ist. Dann kann die Klappe 23 um gestellt und das Gemisch durch die Saug leitung 24 dem Gasmotor 25 zugeführt wer den.
Die aus dem Gasmotor durch die Abgas leitung 27 unter einem gewissen Druck und mit hoher Temperatur austretenden Abgase entspannen sich in der Abgasturbine 29 und geben dieserart über deren Laufrad 31 Lei stung an die Welle 14 ab. Damit wird diese Welle mit dem Laufrad 13 des Gebläses, dem Rotor der Tachometerdynamo 42 und demjenigen der als Motor arbeitenden elek trischen Maschine 33 beschleunigt.
Bei einer bestimmten Drehzahl der Welle 14, die mittels des Widerstandes 43 eingestellt werden kann, reicht der von der Tachometerdynamo durch diesen Wider stand und die Reglerspule 41 geschickte Strom aus, um den Anker des Zitterreglers entgegen der magnetischen Wirkung der Rückfiihrwicklung 57 und der Feder 58 an zuziehen und die Kontakte 40 zu schliessen. Dadurch wird der Widerstand 39 überbrückt, so dass der durch die Nebenschluss-Feldwick lung 37 fliessende Strom zunimmt.
Durch diese Zunahme des Stromes wird in der Feldwicklung 37 ein Ausgleichstrom induziert, der durch diese Wicklung 3 7 in entgegengesetzter, durch die Rückführwiek- lung 57 dagegen in gleicher Richtung fliesst wie der von den Kontakten 90 nach der Bürste 35 fliessende Strom und sich diesem überlagert. Dieser Ausgleichsstrom verstärkt die Erregung der Rückführwicklung 57 und bewirkt, dass sich die Kontakte 40 wieder trennen. Der Strom kann dann neuerdings nur über den Widerstand 39 nach der Feld wicklung 37 fliessen und nimmt wieder ab.
Dabei kommt durch Selbstinduktion in der Feldwicklung 37 ein Ausgleichstrom zu stande, der diesmal von dem an die Bürste 35 angeschlossenen Ende der Wicklung 37 iiler die Rückfiihrwicklung 57 des Reglers zurückfliesst. Die er Ausgleichstrom schwächt das dem Schliessen der Kontakte 40 ent gegenwirkende Magnetfeld der Wicklung 57 und ermöglicht es, dass diese Kontakte durch die Wirkung der Wicklung 41 wieder geschlossen werden. Das beschriebene Spiel wiederholt sich dauernd in rascher Folge, so dass die Kontakte 40 abwechselnd offen und geschlossen sind.
Je stärker der durch die Wicklung 41 ausgeübte Zug, das heisst je höher die Drehzahl der Welle 14 und des Ankers 42 der Tachometerdynamo und je geringer der eingeschaltete Teil des Wider standes 43 ist, desto länger sind die Perio den, wo sich die Kontakte 40 berühren, im Vergleich zu den Perioden, wo sie getrennt sind. Während sie sich berühren, ist aber wegen der Überbrückung des Widerstandes 39 der durch die Nebenschluss-Feldwicklung 37 fliessende Strom und damit das Feld der elektrischen Maschine verstärkt.
Da die Ver stärkung des Feldes der Zunahme der Dreh zahl entgegenwirkt und diese Wirkung um so länger anhält, je höher die Drehzahl isst, wird die Drehzahl der Welle 14 selbst- tiitig auf einem mittels des Widerstandes 43 einstellbaren Betrag .gehalten.
Wenn der Gasmotor 25 seine volle Lei stung oder einen grossen Teil davon abgibt, so ist auch in seinen Abgasen eine grössere Energie verfügbar, die über die Abgastur bine 29 und die Welle 11 des Gebläses 12 zugeführt wird und die Energiemenge über trifft, die zum Betrieb des letzteren bei der Drehzahl notwendig ist, auf welcher die Welle 14 von der elektrischen Maschine ge halten wird.
rn diesem Falle findet in den Augenblicken, wo sich die Kontakte 40 des Zitterreglers berühren und das Feld ver- stärkt wird, keine Abnahme der Drehzahl der elektrischen Maschine 33 statt, sondern diese wird von der Abgasturbine 29 dank ihres Leistungsüberschusses auf gleicher Drehzahl gehalten und arbeitet als Dynamo- masehine, indem sie einen Strom abgibt, der von der Klemme 56 über den Schalter 49, die Stromspule 4 7 an die Minusklemme der Batterie 36 und von deren Plusklemme zur Klemme 55 fliesst. Dabei wird die Batterie 36 aufgeladen.
Wenn mit zunehmender Leistung der Abgasturbine 29 die Drehzahl der Welle 14 zuzunehmen sucht, so erhöht sich auch der von Tachometerdynamo 42 durch die Spule 41 geschickte Strom und damit die Dauer des Schliessens der Reglerkontakte 40. Das Feld der elektrischen Maschine 33 wird dann verstärkt, und ihre Stromabgabe an die Batterie 36 steigt ebenfalls. Dabei über nimmt sie aber von der Abgasturbine eine erhöhte Leistung, so dass die weitere Be schleunigung unterbleibt und die am Wider stand 43 eingestellte Drehzahl eingehalten wird.
Wenn die Spannung zwischen den Klem men der Batterie 36 nahezu ihren höchst zulässigen Wert erreicht, ruft sie in der Spannungsspule 46 einen Strom hervor, der in dieser Spule eine zum Schliessen des Schalters 44 nahezu ausreichende Zugkraft erzeugt. Fliesst gleichzeitig noch ein erheb licher Ladestrom von der Klemme 56 der elektrischen Maschine nach der Minusklemme der Batterie 36 so kommt von der Strom spule 47 eine zusätzliche Zugkraft hinzu, so dass die Kraft der Feder 48 überwunden und der Schalter 44 geschlossen wird. Damit schaltet dieser den Widerstand 45 parallel zur Batterie; ein grosser Teil des von der Dynamo gelieferten Stromes fliesst dann nicht mehr durch die Batterie 36, sondern über diesen Widerstand 45, und ein Über laden der Batterie wird auf diese Weise vermieden.
Die Seriefeldwicklung 38 wirkt beim Dynamobetrieb der Maschine 33 der Neben schluss-Feldwicklung 37 entgegen und ist deshalb nur so gross zu bemessen, wie es mit Rücksicht auf die Erzeugung eines genü genden Feldes zum Anlassen der elektrischen Maschine 33 beim Motorbetrieb erforderlich ist.
Das Gebläserad 13 läuft also mit an nähernd gleichbleibender Drehzahl und fördert somit in jeder Zeiteinheit bei einer bestimmten Stellung der Einstellstange 54 für die Drosselklappen 50 und 51 einerseits ein bestimmtes Luftvolumen aus dem Raum 16 durch die Schaufelkanäle 21, anderseits ein bestimmtes Volumen brennbaren Gases aus dem Raum 15 durch die Schaufelkanäle 20 in die Spirale 19, wobei Luft und Brenngas wegen der abwechselnden Anord nung der Kanäle 20 und 21 sehr gut mit einander vermischt werden.
Der Gasmotor 25 hingegen saugt durch das Rohr 24 in der Zeiteinheit ein mit seiner Drehzahl zuneh mendes Volumen des Luft-Brennga.s-Ge- misches an. Infolgedessen stellt sich bei ge ringer Drehzahl des Gasmotors 25 in der Spirale 19 und in den Leitungen 22 und 24 ein höherer Druck ein als bei höheren Dreh zahlen; dank diesem höheren Druck ist die bei jedem Arbeitsspiel in die Zylinder der Brennkraftmaschine angesogene Menge des Brenngas-Luft-Gemisches dem Gewichte nach grösser, und es wird infolgedessen ein grösseres Drehmoment an der Welle des Mo tors erzeugt, als bei hoher Drehzahl.
Der Motor 25 ist deshalb besonders gut von klei nen Drehzahlen aus zu beschleunigen.
Der Schalter 49 muss während des Laufes der Brennkraftmaschine geschlossen gehal ten werden, damit die elektrische Maschine 33 beim Arbeiten als Dynamomaschine nicht ausschliesslich ihren eigenen Erregerstrom kreis speist, wodurch in der Maschine eine unzulässig hohe Spannung erzeugt werden könnte.
An Stelle der beschriebenen Reguliervor richtung 39-42 könnte auch ein von einem von der Welle 14 angetriebenen Fliehkraft regler gesteuerter Regelwiderstand im Stromkreis der Nebenschluss-Feldwicklung 37 vorgesehen sein. In diesem Falle könnte die Drehzahl, auf welcher die Welle 14 ge halten werden soll, durch Änderung der Spannung einer Feder bewirkt werden, wel che die Reglermuffe belastet.
Die elektrisehe Maschine 33 und die Tachometerdynamo 42 sitzen zweckmässig nicht, wie der Übersicht wegen gezeichnet, auf der Welle 14 selbst, die in der Regel mit sehr hoher Drehzahl läuft, sondern sind mit dieser Welle über ein Zahnradgetriebe gekuppelt.