Verfahren zur Regelung der Leistung eines Heissgasmotors. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines Heissgasmotors mit geschlossenem Kreis prozess. Unter einem Heissgasmotor versteht man eine Maschine zur Umwandlung von kalorischer Wärme in mechanische Arbeit. Bei Heissgasmotoren ist eine Menge Gas oberhalb eines Kolbens in einem Zylinder abgesperrt. Durch Verstellung eines zweiten Kolbens, der sich entweder im erstgenannten Raum oder in einem mit diesem Raum in Verbindung stehenden zweiten Raum befindet, wird dieses Gas einem Erhitzer zugeführt, in dem die Temperatur des Gases steigt, wodurch also der Gasdruck zunimmt. Dieses Gas, dessen Druck zugenommen hat, setzt einen Kolben in Bewegung, dehnt sich aus und leistet dabei Arbeit.
Infolge der Ausdehnung kühlt sich das Gas ab; durch eine weitere Bewegung der Kolben strömt das Gas durch einen Kühler, in dem die noch vorhandene Wärme abge geben wird. Das abgekühlte Gas wird zu sammengepresst, und der Kreisprozess kann wieder aufs neue anfangen. Zwischen dem Erhitzer und dem Kühler befindet sieh im allgemeinen noch ein Regenerator, in dem ein Teil der Wärme des aus dem Erhitzer strö menden Gases aufgenommen wird; beim Zu rückströmen des Gases wird diese Wärme wie der an das Gas abgetreten und geht also nicht im Kühler für den Arbeitsprozess ver loren. Gemäss einem bereits vorgeschlagenen Ver fahren zur Regelung der Motorleistung durch Änderung der Menge umlaufenden Mittels wird ein getrennter Raum veränderlichen In haltes während des Regelvorganges dauernd mit dem Zylinder in offene Verbindung ge setzt.
Eine solche Regelung beeinträchtigt aber die Motorleistung während dieses Regel vorganges, weil das Gas im Verbindungskanal zwischen dem Motorzylinder und diesem ge trennten Raum hin und her fliesst. Hierdurch entstehen Strömungsverluste im umlaufenden Mittel, welche die Motorleistung herabsetzen. Ausserdem ist während des Regelvorganges das oberhalb des Zylinders eingesperrte Vo lumen um den Inhalt des hinnigeschalteten, getrennten Raumes vergrössert; da das Hub volumen des Kolbens gleich bleibt, nimmt das Kompressionsverhältnis zeitweise ab, so dass auch der Wirkungsgrad abfällt.
Die Leistungsregelung erfolgt bei der vor liegenden Erfindung durch Regelung des mitt leren Druckes im Motorzylinder, wobei die am Kreisprozess teilnebmende Gasmenge ge ändert wird. Gemäss der vorliegenden Erfin dung erfolgt die Leistungsregelung derart, dass automatisch und periodisch und während je eines Teils der Zeit, in je eines Teils der Zeit, in welchem sieh ein Arbeitsspiel abspielt, der Motor zylinderraiun mit einem Hilfsraum verbunden wird, wobei eine Regelvorrichtung bei einer Leistungs änderung derart wirkt,
dass der Zeitpunkt der Verbindung während des Arbeitsspiels ge ändert wird. Vorzugsweise wird auch der Druck im Hilfsraum automatisch geändert. Auf diese Weise kann zur Regelung der be nötigten indizierten Leistung der ganze Druck verlauf im Zylinder geändert werden. Wird eine Verbindung mit dem Raum in einem Augenblick hergestellt, in welchem der Druck in diesem Raum höher ist als im Zylinder- raun, so strömt je Arbeitsspiel eine gewisse Menge des Mittels in den Motorzylinder. Der ganze Druckverlauf kommt in diesem Fall all mählich auf ein höheres Niveau zu liegen, und die indizierte Motorleistung nimmt zu.
Um gekehrt würde das Verbinden des Zylinder raumes mit einem Raum, in dem der Druck in diesem Augenblick niedriger ist als im Zy linderraum, den ganzen Druckverlauf und infolgedessen die Motorleistung herabsetzen. Ein dauerndes Hin- und Herströmen des Ar beitsmittels im Verbindungskanal und die dadurch verursachten Strömungsverluste und eine verzögerte Regelung sind vermieden.
Die erfindungsgemässe Art der Regelung bedingt eine allmählich verlaufende Lei stungsregelung, da ja die Druckverlaufände rung im Zylinder je Arbeitsspiel, das heisst <B>je</B> vollständige Umdrehung der Kurbelwelle, nur gering ist und bei jedem nachfolgenden Arbeitsspiel sich nur wenig von der Verände rung im vorhergehenden Arbeitsspiel unter scheidet. Eine raschere Regelung ist dabei immerhin möglich, indem man das überströ men in einem Augenbliek stattfinden lässt, in dem ein relativ grosser Druckunterschied zwi schen dem Zylinderdruck und dem zur Ver fügung stehenden Regeldruck herrscht, so dass je Arbeitsspiel die Zu- oder Abfuhr des Ar beitsmittels grösser wird.
Während eines vollständigen Arbeitsspiels im Zylinder, das heisst während einer voll ständigen Kurbelwellenumdrehung, wechselt der Druck im Zylinder zweimal zwischen einem Mundest- und einem Höchstwert. Wenn im Augenblick, in dem ein Überströmen er folgen kann, der zur Verfügung stehende Re geldruck vom Zylinderdruck verschieden ist, so findet Leistungsregelung statt. Falls beide Drücke in diesem Augenblick genau gleich sind, so erfolgt trotz des Vorhandenseins einer offenen Verbindung des Zylinderraumes mit dem Regelraum keine Gasströmung. Strö mungsverluste sind also bei Nichtregelung ausgeschlossen.
Es ist bekannt, die Regelung in einem in bezug auf den Kurbelkreis festen Zeitpunkt stattfinden zu lassen, aber mit Hilfe eines regelbaren Druckes im Hilfsraum. Nach der Erfindung ist es nun gleichfalls möglich, die beiden genannten Regelungsarten vereint auf treten zu lassen. Im allgemeinen kann man auf diese Weise einen grösseren Regelungs bereich bekommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend an Hand einiger in der beiliegen den Zeichnung dargestellter Ausführungsbei spiele der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise erläutert.
In Fig. 1 ist ein Diagramm des Druck- verlaufes im Zylinder bei einer vollständigen Kurbelwellenumdr ehung für verschiedene Lei stungen dargestellt.
Die Fig. 2 und 3 stellen verschiedene Bei spiele der Einrichtung nach der Erfindung dar.
In Fig. 1 sind die Diagramme des Druck- verlaufes im Zylinder entsprechend der Kol benstellung, und zwar für verschiedene indi zierte Leistungen, dargestellt. Die ausge zogene Linie 10 zeigt das Diagramm bei mitt lerer Leistung. Der mittlere Druck im Zy linder ist hier Putlo. Dieser mittlere Druck bestimmt, zusammen mit der Umdrehungs- gesehwindigkeit des Motors, die indizierte Lei stung. Für eine grössere Leistung hat das Diagramm z.
B. die Gestalt gemäss der ge strichelten Linie 11,. woraus ein mittlerer Druck Pmll folgt. Bei einer kleineren Lei stung verläuft das Diagramm z. B. gemäss der strichpunktierten Linie 12, die einen mitt leren Druck Pml, ergibt. Die Regelung der indizierten Leistung erfolgt dadurch, dass allmählich von einem auf das andere Dia gramm übergegangen wird, und zwar auf die im folgenden beschriebene Weise. Die Leistungsregelung ist mit Hilfe eines gleichbleibenden, verfügbaren Regeldruckes durchführbar, sofern nur der Augenblick, in welchem der Zylinderraum diesem Druck aus gesetzt wird, in bezug auf den Kurbelkreis verschoben wird.
Wenn der gleichbleibende Druck 14 verfügbar ist, kann hiermit die Lei stung ebenfalls geregelt werden. Wenn näm- lieh der Augenblick, in dem die kurzzeitige Verbindung zwischen dem Zylinderraum und dem andern Raum hergestellt wird, vom Punkt 51 im Diagramm 10 nach dem Punkt 53 im Diagramm 11 oder nach dem Punkt 55 im Diagramm 12 verlegt wird, so tritt dieser konstante Druck in den verschiedenen Dia- grammnen an einer andern Stelle auf, so dass Diagramme mit einem andern mittleren Druck entstehen.
Schliesslich ist es möglich, die beiden ge schilderten Regelverfahren zu kombinieren, indem sowohl der verfügbare Druck als auch der Regelzeitpunkt verändert werden, wo durch ein grösserer Regelbereich erzielbar ist. Selbstverständlich erfolgt nur dann eine Än derung der indizierten Leistung, wenn der Regeldruck und der Regelzeitpunkt nicht in gleiehem Sinne verändert werden, das heisst, wenn der verfügbare Regeldruck nicht dem im Regelzeitpunkt herrschenden Druck im Zylinderraum entspricht. In Fig. 2 ist eine bauliche Ausbildung einer Einrichtung dargestellt, mittels welcher ein Heissgasmotor in der geschilderten Weise geregelt wird. Im Zylinderraum 15 bewegen sich sowohl der Verdränger 16 als auch der Kolben 17.
Beide werden von einer gemnein- samen Kurbelwelle 18 aus angetrieben, und zwar der Kolben mittels der Kurbel 20 und der Verdränger mittels des Exzenters 21. Als Hlilfsraum, in dem eine für die Regelung ver fügbare Menge des Arbeitsmittels unter einem bestimmten Druck vorhanden ist, dient in die sem Fall das Kurbelgehäuse 19, das dazu gasdicht ausgebildet ist. Die Regelung er folgt im vorliegenden Fall mit einem gleich bleibenden Druck, dem der Zylinderraum in einem in bezug auf den Kurbelkreis veränder <B>n</B> Zeitpunkt kurzzeitig ausgesetzt wird. Zwischen dem Zylinderraum 15 und dem Kurbelkasten 19 ist ein Verbindungskanal 26 und 27 vorhanden.
Dieser Kanal wird mit Hilfe eines sich periodisch bewegenden Kol bens 25 abgeschlossen, der mittels des Exzen ters 24 von der Kurbelwelle 18 angetrieben wird. Die Bewegung des Kolbens 25 in bezug auf den Kanal 27 ist derart, dass nur in der äussersten obern Lage des Kolbens 25 der Kanal 27 während sehr kurzer Zeit mit dem Kanal 26 in Verbindung steht. Während des übri gen Teils der Bewegung des Kolbens 25 ist die Verbindung zwischen den Kanälen 26 und 27 stets unterbrochen. Im Augenblick, in welchem sieh der Kolben 25 in der äussersten obern Stellung befindet, wird bei Vorhanden sein eines Druekuntersehiedes zwischen dem Zylinderraum 15 und dem Kurbelkasten 19 ein LTberströnien von Arbeitsmittel aus dem.
einen Raum in den andern durch die Kanäle 26 und 27 eintreten. Dieser Augenblick ist aber verstellbar in bezug auf den Kurbel kreis und damit in bezug auf die Stellung des Kolbens 1.7 im Z@-linderr aum 15 durch Ver änderung der Lage des Exzenters 2-I in bezug auf die Kurbelwelle 18. Dieser Exzenter 24 ist auf einer verschiebbaren, auf dem Um fang mit. einer schrägen tut versehenen Büchse 23 angeordnet, deren Lage unter Ein fluss eines Regulators 22 steht.
Dieser Re- gulator 22 kann also die relative Lage zwi- sehen der Kurbel 20 und dem Exzenter 2-1 verändern, so dass der Punkt, in dem die Regelung der Motorleistung erfolgt, in bezug auf die Kolbenbewe;-ung veränderlich ist.
Wenn die indizierte Leistung mit der ver langten, abgegebenen Leistun- des Motors irr. Gleichgewicht ist, so ist. der Regulator 22 in Ruhe, das heisst bei jedem Arbeitsspiel er folgt stets in demselben Augenblick die kurz zeitige Verbindung zwischen dem Kurbel kasten 1.9 und dein Zylinderraum 15. Da jedoch die Drücke in diesem Augenblick gleieh sind, findet in den Kanälen 26 und 27 keine Strömung des gasförmigen Mittels statt, so dass die indizierte Motorleistung auch nicht. verändert wird.
Eine Störung dieses Gleich- gewichtes durch Veränderung der äussern Be lastung bedingt eine Veränderung der Um drehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle, wo durch der Regulator 22 betätigt wird und sich der Augenblick, in dem die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 15 und dem Kurbelkasten 19 hergestellt wird, gleichfalls ändert. Dann kann nun je nach der Be lastungsänderung entweder Arbeitsmittel aus dem Zylinderraum abströmen oder in den selben einströmen, so dass allmählich die indi zierte Leistung der verlangten äussern Be lastung angepasst wird. An Hand von Fig. 3 ist eine Ausführungs form beschrieben, bei der sowohl der Regel druck als auch der Regelzeitpunkt in bezug auf den Kurbelkreis veränderlich sind.
Im Zylinderraum 60 bewegen sich der Verdrän- ger 61 und der Kolben 62. Der Verdränger wird von der Kurbelwelle 64 her mittels eines Exzenters 66 und der Kolben von der glei chen Kurbelwelle her mittels einer Kurbel 65 angetrieben. Die Kurbelwelle 64 ist in einem von der Umgebung abgeschlossenen Kurbelkasten 63 untergebracht, welcher zu gleich als Raum dient, in dem ein veränder licher Druck herrschen kann.
Die periodische Verbindung zwischen dem Kurbelkasten 63 und dem Zylinderraum 60 wird mittels eines Rohres 69 hergestellt, das an einer Seite in den Kurbelkasten ausmündet und an der andern Seite in einer Bohrtrog 67 des Kolbens geführt ist. Dieses Rohr 69 ist am Kurbelkasten 63 unverschiebbar, jedoch tun seine eigene Achse drehbar angeordnet, so dass sich der Kolben 62 bei seiner Bewe- gLing auf diesem Rohr 69 verschiebt. Das Rohr 69 ist an dem im Kolben befindlichen Ende geschlossen und mit einer seitlichen ,schraubenförmigen Öffnung 70 versehen, die mit dem Ende eines rechtwinkligen Kanals 68 des Kolbenkörpers zusammenarbeiten kann.
Durch Drehung des Rohres 69 um seine Achse ist es möglich, den Zeitpunkt, in dem das Ende des rechtwinkligen Kanals 68 der schraubenförmigen Öffnung 70 gegenüber steht, also der Zeitpunkt, in dem der Kurbel- leasten mit dem Zylinderraum 60 in Verbin dung zu stehen kommt, in bezug auf die Kol benbewegung zu ändern. Eine solche Verbin dung würde jedoch zweimal je Umdrehung erfolgen, und zwar in zwei Stellungen sym metrisch in bezug auf den untern Totpunkt des Kolbens. Um dies zu verhindern, ist eine lose Büchse 76, die in der Bohrung 67 zwi- schen zwei festen Anschlägen durch Massen trägheitskräfte verschiebbar ist, vorgesehen.
Diese Büchse schliesst stets beim Kolben niedergang die Verbindung ab, so dass nur beim Kolbenaufgang die Verbindung in einem regelbaren Zeitpunkt hergestellt wird. Die Verdrehung des Rohres 69 kann entsprechend der zu liefernden Leistung mittels eines im Kurbellasten angeordneten Regulators 71, der unmittelbar an der Kurbelwelle 64 ange bracht ist, vollkommen selbsttätig erfolgen.
Zur Veränderung des Druckes im Kurbel kasten ist ein Kompressor 72 angebaut, der durch eine Kurbel 73 von der Kurbelwelle 64 her angetrieben wird. Dieser Kompressor ist. mit einem Saugventil 75 und einem Druck ventil 74 versehen.
Das Saugventil 75 steht ausserdem unter dem Einfluss des Regulators 71, und zwar der art, dass dieser - Regulator das Ventil 75 dauernd öffnen kann, was also bedeutet, dass in diesem Fall der Kompressor ausser Betrieb gesetzt ist.
Zur Regelung der Motorleistung kann also mittels eines Regulators 71 durch Drehung des Rohres 69 und durch Verände rung des Druckes im Kurbelkasten durch In- und Ausserbetriebsetzung des Kompressors sowohl der Zeitpunkt, in dem der Zylinder raum mit dem Kurbelkasten in Verbindung gesetzt wird, als auch die Grösse des Druckes im Kurbelkasten geregelt werden.