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Druckflüssigkeitsantrieb für periodisch bewegte Motorteile, insbesondere
Steuerventile von Verbrennungskraftmaschinen. Gegenstand der Erfindung ist ein Druckflüssigkeitsantrieb
für periodisch bewegte Motorteile, insbesondere für Steuerventile von Verbrennungskraftmaschinen,
bei denen die Bewegung durch einen beständig von einem Vorratsgefäß wieder aufgefüllten
Flüssigkeitsbehälter als hydraulisches Zwischenglied übertragen wird.
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Die bekannten Einrichtungen dieser Art haben den Nachteil, daß die
beständige Wiederauffüllung
des Flüssigkeitsbehälters mittels kleiner
selbsttätig wirkender Ventile nicht mit genügender Zuverlässigkeit erfolgen kann,
insbesondere nicht bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten des Motors. Versieht man nämlich
diese kleinen Rückschlagventile mit verhältnismäßig starken Federn, so werden sie
sich nur schwer öffnen, was unvollkommene Auffüllung zur Folge hat, während sie
anderseits bei Anwendung von schwachen Federn, sobald der Motor mit hohen Drehzahlen
umläuft; sich nicht rechtzeitig schließen werden, so daß die Flüssigkeit aus dem
zur Bewegungsübertragung dienenden Behälter teilweise wieder herausgedrückt wird.
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Ein anderer Mangel kann auftreten,. wenn die Bewegungsübertragung
durch Öffnen des an dem Flüssigkeitsbehält(r vorgesehenen Absperrgliedes aufgehoben
«-erden soll. Wenn dieses Öffnen verhältnismäßig langsam vor sich geht, so wird
während dieser Zeit der Antrieb des durch die Flüssigkeitsübertragung gesteuerten
Ventils nicht vollständig unterbleiben. Eine wirksame Unterbrechung des Antriebs
ist nur möglich, wenn die Eröffnung des Absperrgliedes möglichst plötzlich bewirkt
wird.
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Wenn ferner bei einem Viertaktmot-)r mit hydraulisch gesteuertem Ein-
und Auslaßventil die Regelung durch Aussetzen der Übertragung erfolgt, und zwar
in der Weise, daß gleichzeitig sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßventil geschlossen
bleiben, so entsteht gegen Ende des sonst für die Austreibung der Verbrennungsgase
dienenden Hubes eine starke Kompression im Arbeitszylinder, die alsbald eine Verlangsamung
der Drehgeschwindigkeit des b1 otors herbeiführt. Falls nun weiter in diesem Augenblick
der Motorregler das Absperrglied des zum Antrieb des Einlaßventils gehörigen Flüssigkeitsbehälters
wieder schließt, so wird sich dieses Ventil beim nächsten Saughub öffnen, und da
das Auslaßventil beim vorhergegangenen Hub noch geschlossen gewesen war, so würde
sich als üble Folge ergeben, daß die auf q. bis 5 Atm. zusammengedrückten heißen
Verbrennungsgase durch das Einlaßventil und den Vergaser ins Freie auspuffen.
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Gemäß der Erfindung ist nun, um die beständige Wiederauffüllung des
zwischengeschalteten Flüssigkeitsbehälters sicherzustellen, anstatt der selbsttätig
wirkenden Ventile eine gesteuerte Vorrichtung vorgesehen, welche den Behälter bei
jeder Viertaktfolge abwechselnd mit dem Vorratsgefäß in Verbindung setzt und von
diesem wieder trennt, letzteres wenigstens während der Zeit, in welcher die Übertragung
tätig ist. Eine derartige Vorrichtung gestattet die Anwendung genügend großer Durch$ußquerschnitte,
um eine vollständige Auffüllung auch bei größten Geschwindigkeiten zu gewährleisten.
Sie ermöglicht aber auch im gegebenen Falle eine rasche Unterbrechung des Antriebs.
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Zur Beseitigung des mit etwaigem vorzeitigen Öffnen des Einlaßventils
verknüpften Übelstands erhalten die Auffüllvorrichtungen der beiden Übertragungen
für das Ein- und Aus-. laßventil einen gemeinschaftlichen Steuerantrieb, durch welchen
die zu beiden Ventilen gehörigen Flüssigkeitsbehälter während einer Zeitdauer, die
kleiner ist als die Gesamtzeit der in einer Viertaktfolge nacheinander stattfindenden
Verdichtung und Entspannung, gleichzeitig mit dem Vorratsgefäß inVerbindung gesetzt
werden, und es sind weiterhin Mittel vorgesehen, um das gemeinschaftliche Steuerglied
der Füllvorrichtungen in dieser Lage festhalten zu können, wenn die Geschwindigkeit
des Motors ein vorgeschriebenes Maß überschreitet. Es wird hierdurch erreicht, daß
die Übertragungen beider Ventile je nach dem Eingreifen des Reglers in jedem Zyklus
übereinstimmend in Wirkung sind oder nicht.
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Enthält der Antrieb des Einlaßventils den obenerwähnten Ausweichkolben
mit verstellbarem Anschlag zur Regelung von Größe und Zeitdauer der Antriebsbewegung,
so kann diese Einrichtung vorteilhaft dazu benutzt werden, um bei übermäßiger Motorgeschwindigkeit
das Festhalten des gemeinschaftlichen Steuergliedes zu bewirken. Zu diesem Zweck
wird der durch den Regler verstellbare Anschlag für den Ausweichkolben so angeordnet,
daß er bei dein der höchsten zulässigen Motorgeschwindigkeit entsprechenden äußersten
Ausschlag mit dem gemeinschaftlichen Steuerglied in Eingriff gelangt und dieses
in der Lage sperrt, in welcher beide Ventile außer Wirkung gesetzt sind. Der Anschlag
bewirkt also bei seiner Verstellung durch den Regler zunächst eine stetige Verkleinerung
der Zylinderfüllung und zuletzt eine Regelung durch vollkommene Unterdrückung der
letzteren.
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Die Erfindung umfaßt schließlich noch eine besondere Einrichtung,
die in Verbindung mit dem Ausweichkolben zur Regelung der Antriebsbewegung des Einlaßventils
Anwendung finden kann. Zweckmäßig wird die Feder, durch welche der Kolben belastet
ist, in das Innere des zur hydraulischen Übertragung dienenden Flüssigkeitsbehälters
verlegt und mit dem einen Ende an dem Ausweichkolben, mit dem anderen Ende jedoch
an einem kleinen Hilfskolben befestigt, der einen begrenzten Hub von sehr geringer
Größe auszuführen imstande ist. Dieser Hilfskolben kann dann zum Antrieb einer Brennstoffpumpe
oder unmittelbar als Plunger für diese Pumpe dienen, die beispielsweise ein Überlaufgefäß
speist, das an Stelle des üblichen Schwimmergehäuses die Innehaltung eines bestimmten
Brennstoffstandes gewährleistet.
Die Erfindung ist auf der Zeichnung
in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Abb. i zeigt einen senkrechten Schnitt (nach der Linie i-i der Abb.
2) durch die hydraulische Antriebsvorrichtung des Ein- und Auslaßventils sowie durch
die Vorrichtung' mit gemeinschaftlichem Steuerglied, welche zur Wiederauffüllung
der Flüssigkeitsbehälter und zur Unterbrechung der Übertragung dient.
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Abb. 2 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie 2-2 der Abb. i:
Abb. 3 zeigt das gemeinschaftliche Steuerglied der Vorrichtung in einer anderen
Stellung und Abb 4 die Ausführungsform des Ausweichkolbens, bei welcher dieser mit
einem Hilfskolben verbunden ist.
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In Abb. i sind i und 2 die Antriebskolben der Flüssigkeitsübertragungen
für das Ein- und Auslaßventil. Die Kolben bewegen sich in den zu einem Körper vereinigten
Zylindern 3 und ,4, Welche Teile der zwischengeschalteten Flüssigkeitsbehälter bilden.
An letztere sind die Leitungen 5 und 6 angeschlossen, die zu den -- nicht dargestellten
- durch entsprechende Kolben bewegten Ventilen führen. Die Antriebskolben i und
2 empfangen ihre Bewegung von gewöhnlichen Nockenscheiben 7 und 8 der Steuerwelle
g.
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Der zum Antrieb des Einlaßventils gehörige Flüssigkeitsbehälter ist
mit dem aus Abb. 2 ersichtlichen Zylinder verbunden, in welchem ein Ausweichkolben
io angeordnet ist. Dieser steht unter der Wirkung einer Feder 1i, die ihm in den
Zylinder hineinzuziehen sucht, bis ein am Kolben vorgesehener Anschlag 12 zur Anlage
kommt. Der im Flüssigkeitsbehälter periodisch auftretende Druck sucht den Ausweichkolben
nach außen gegen einen verstellbaren Anschlag zu drängen, der von der exzentrischen
Außenfläche des von dem Regler angetriebenen Daumens 13 gebildet wird. Die beiden
Zylinder 3 und 4 sind am oberen Ende von dem Behälter 14 umgeben, der mit Vorratsflüssigkeit
zum Ausgleich der in den geschlossenen Zwischenbehältern auftretenden Verluste gefüllt
ist.
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Die Einrichtung, mittels welcher nun die l:eständige Wiederauffüllung
der zur hydraulischen Übertragun,Q dienenden Flüssigkeitsbehälter und zugleich gegebenenfalls
die Unterbrechung der Übertragung bewirkt wird, ist nun gemäß der Erfindung folgendermaßen
ausgebildet Die Steuerwelle g ist mit einem. Hilfsnocken 15 versehen, der zum Antrieb
eines stangenförmigen Steuergliedes 16- dient. Letzteres ist in einer Bohrung geführt,
die zwischen den beiden Zylindern 3 und 4 vorgesehen -ist, und wird durch eine Feder
17 beständig an die Nockenscheibe 15 angepreßt. Die Steuerstange 16 weist eine Eindrehung
16° auf; die mit zwei Öffnungen in den Wandungen zwischen den Zylindern 3 und 4
und der zur Aufnahme des Steuergliedes dienenden Bohrung zusammenwirkt, und zwar
derart, daß in der Stellung, in welcher das Steuerglied durch den Nocken 15 entgegen
dem Druck der Feder 17 angehoben ist, die beiden Zylinder 3 und 4 sowohl miteinander
als auch mittels einer dritten Bohrung mit dem Vorratsgefäß 14 in Verbindung stehen
(Abb i und 2), während bei tieferer Lage des Steuergliedes (Abb. 3) jede der beiden
Flüssigkeitsübertragungen vollkommen abgeschlossen -und so: nach unabhängig von
der anderen ist.
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Das Steuerglied 16 ist am Kopfende mit einem Bund 16' versehen (Abb.
2). Eine Klinke 18 ist so angeordnet, daß sie unter diesen Bund greifen kann, wenn
sich _ das Steuerglied in höchster Lage befindet. Die Klinke steht jedoch unter
der Wirkung einer Kraft, z. B. unter der Wirkung einer Feder ig, die sie "in unwirksamer
Lage zu halten sucht. Der erwähnte verstellbare Anschlag 13 des Ausweichkolbens
io ist nun so angeordnet, daß er sich in der einen Endstellung, die der größten
Motorgeschwindigkeit entspricht, an die -Klinke 18 anlegt und diese in die Bahn
des Steuergliedes 16 drängt, so daß das letztere dann in der Lage festgehalten werden
muß, in welcher die beiden Flüssigkeitsbehälter der hydraulischen Übertragung mit
dem Vorratsgefäß 14 in Verbindung stehen (Abb. 2). Die exzentrische Anschlagfläche
des Teils 13 befindet sich hierbei zugleich in derjenigen Lage, in Welcher dem Ausweichkolben
der größte Hub freigegeben ist. Da diesem größten Hub des Ausweichkolbens die geringste
Erhebung des Auslaßventils entspricht, so folgt, daß an diese geringste Ventileröffnung
sich sogleich die völlige Aufhebung des Antriebs anschließt.
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Wie leicht ersichtlich ist, gewährt der beschriebene Antrieb die folgenden
Vorteile: Die Wiederauffüllung der zwischengeschalteten Flüssigkeitsbehälter erfolgt
mit Hilfe von großen Durchflußquerschnitten, die während einer verhältnismäßig langen
Zeit geöffnet sind, und zwar während einer Zeitdauer, die von der Größenordnung
einer der Perioden des Viertaktzyklus ist: Die beiden Ventile eines Zylinders sind
innerhalb einer jeden Viertaktfolge stets in voller Übereinstimmung entweder in
Tätigkeit oder nicht, wie auch der Regler gerade einwirken möge.
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Die Wirkung des Reglers wird nicht wie gewöhnlich auf die Ein- und
Auslaßventile selbst (deren Massen und Hübe beträchtlich sind) ausgeübt, sondern
auf die zur Wiederauffüllung der Flüssigkeitsbehälter dienenden Vorrichtung. Letztere
kann beispielsweise zwei
sehr leicht ausgeführte und mit sehr geringem
Hub bewegte Abschlußorgane enthalten, deren Feststellung am oberen Ende ihres Hubes
keine Schwierigkeiten bietet, die vergleichbar wären mit den Schwierigkeiten, die
auftreten, wenn der Regler unmittelbar auf die Ein- und Auslaßventile einwirken
soll.
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Die Regelung des Motors vollzieht sich in stetiger Weise bis zur unteren
Brennstoffgehaltsgrenze, wo sich das Gemisch noch mit Sicherheit entzündet; von
dieser Grenze an tritt dann eine Regelung durch vollkommenes Aussetzen der Zylinderfüllung
ein.
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Die Druckänderungen, die in dem Flüssigkeitsbehälter des hydraulischen
Antriebs für das Auslaßventil auftreten, und das Vorhandensein der Feder ii des
Ausgleichskolbens io kann man sich zweckmäßig zunutze machen, um außerdem noch den
Antrieb eines kleinen Hilfskolbens mit sehr geringem Hub zu bewerkstelligen, z.
B. des aus Abb. q. ersichtlichen Kolbens 2o. In dieser Abbildung ist der Kolben
20 in der Lage dargestellt, die er einnimmt, wenn der zur Übertragung dienende Flüssigkeitsbehälter
unter Druck steht. Vorteilhaft wird der Anschlag, der den Hub des kleinen Kolbens
2o begrenzt, durch eine eingeschliffene konische Fläche gebildet, die einen dichten
Abschluß gewährt, sobald der höchste Übertragungsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter
herrscht. Der Hilfskolben 2o kann beispielsweise als Plunger einer kleinen Brennstoffpumpe
dienen, wobei letztere zur Speisung eines nicht dargestellten Überlaufgefäßes benutzt
werden kann, das zur Erzeugung eines gleichbleibenden Brennstoffstandes im Vergaser
des Motors dienen kann.