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Verfahren und Vorrichtung zum Anlassen von Brennkraftmaschinen Jede
zum Anlassen von Brennkraftmaschinen dienende Vorrichtung muß imstande sein, das
während des Verdichtungshubes des Motors auftretende größte Gegendrehmoment zu überwinden.
Namentlich bei hoch verdichtenden Einzyl,indermotoren ist dieses größte Drehmoment
ein Vielfaches des mittleren Nutzdrehmomentes eines solchen Motors. Anlaßvorrichtungen,
die solche Motoren unter Überwindung des vollen Verdichtungsdruckes andrehen sollen,
müssen deshalb besonders stark sein und fallen entsprechend groß und schwer aus.
Das unmittelbare Andrehen von Hand ist bei solchen hochverdichtenden Motoren auf
Maschinen mit verhältnismäßig kleinen Zylindern und entsprechend geringer Leistung
begrenzt. Man hat deshalb zur Erleichterung des Anlassens Einrichtungen geschaffen,
die es ermöglichen, den Verdichtungsenddruck vorübergehend herabzusetzen. Zum Anlassen
wird hierbei zunächst die von der Anlaßvorrichtung abgegebene Arbeit während mehrerer
Umdrehungen im Schwungrad des anzulassenden Motors aufgespeichert, dann wird _die
Einrichtung zur Verdichtungsminderung ausgeschaltet, und die Wucht des Schwungrades
hilft nunmehr mit, den Motor über den vollen Betriebsverdichtungsdruck durchzudrehen.
Diese Einrichtung erfordert aber einen besonderen Steuermechanismus für die Veränderung
der Verdichtungsdruckhöhe und ein schweres Schwungrad. Außerdem dauert der Anlaßvorgang
verhältnismäßig lange, weil erst das als dynamischer Energiespeicher wirkende Schwungrad
mittels der Anlaßvorrichtung auf eine ausreichende Drehzahl gebracht werden muß.
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An Stelle der Benutzung des Schwungrades als beim Andrehen mithelfender
Energiespeicher hat man auch bereits die Mithilfe anderer Energiespeicher, z. B.
einer gespannten Feder, eines Druckluftvorrats, eines elektrischen Speichers zum
Andrehen von Hand, vorgeschlagen. Hierbei besteht aber der Nachteil, daß diese während
des ganzen Anlaßvorganges, also- stetig wirkenden Energiespeicher sich verhältnismäßig
rasch erschöpfen und daß deshalb für jedes Anlassen ein neues Aufladen erforderlich
ist. Hierdurch wird der gesamte Anlaßvorgang erheblich verzögert und zugleich häufig
auch die Betriebssicherheit herabgesetzt, da solche vorher aufzuladenden Speicher
des öfteren zu Störungen Anlaß geben.
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Die Erfindung bezweckt, das Anlassen mit einer Anlaßvorrichtüng durchführen
zü, können, deren Höchstdrehmoment kleiner als das größte Gegendrehmoment des Motors
ist, dabei aber die Nachteile des Anlassens mit Verdichtungsminderung (umständliche
Handhabung, lange Dauer und Notwendigkeit eines schweren Schwungrades) zu vermeiden.
Erfindungsgemäß erfolgt das Anlassen in der Weise, daß neben der eigentlichen Anlaßvorrichtung
(Handkurbel, Druckgaszufuhr, Anlaßmotor, Schwungradanlasser u. dgl.) ein statischer
Arbeitsspeicher (z. B. gespannte
Feder, Druckgasvorrat o. dgl.)
vorgesehen ist und daß während des Andrehens in den Stellungen größten Drehwiderstandes
(d. i. beim Verdichtungshube) aus diesem Speicher Arbeit zusätzlich zur Arbeit der
Andrehvorrichtung abgegeben wird. Damit dieser Arbeitsspeicher klein gehalten werden
kann und doch auch während länger dauernder, also mehrere Anlaßperioden umfassender
Anlaßvorgänge mithelfen kann, wird er zweckmäßig so ausgebildet, daß er innerhalb,
jeder Anlaßperiode wieder aufgeladen wird, und zwar während der Kurbelwellenstellungen,
bei denen der Drehwiderstand gering ist oder in denen der anzulassende Motor selbst
ein positives Eigendrehmoment (im Ausdehnungshube) ausübt.
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Eine solche Einrichtung ist auch für Mehrzylindermotoren wertvoll;
hierbei muß dann die zusätzliche Energieabgabe aus dem Energiespeicher während jeder
Umdrehung des anzulassenden Motors so oft erfolgen, als der Motor bei einer Umdrehung
Verdichtungshübe ausführt.
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Auch bei Motoren, die durch Einleiten von Druckluft in die Arbeitszylinder
angelassen werden, ist die Erfindung mit Vorteil anwendbar, weil durch passende
Verteilung der Zeiten der Energieabgabe aus dem Energiespeicher und durch entsprechende
Bemessung des jeweils von diesem Speicher ausgeübten Drehmomentes erreicht werden
kann, daß bei allen Kurbelstellungen ein positives resultierendes Drehmoment vorhanden
ist, so daß das Anlassen wesentlich erleichtert wird und ein Zurückpendeln der Motorkurbel
nicht eintreten kann.
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Die Erfindung sei nun an Hand der Zeichnung, die einige Diagramme
und eine Anzahl von Ausführungsbeispielen zeigt, noch näher erläutert.
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In den Diagrammen (Abb. i bis 4.) sind in waagerechter Richtung die
Kurbelwinkel a, in senkrechter Richtung die Drehmomente M aufgetragen.
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In Abb. i zeigt Linie a den Verlauf des beim Anlassen während einer
Umdrehung (36o°) eines Einkolbenmotors an dessen Kurbelwelle auftretenden Drehmomentes.
In der ersten Hälfte (Verdichtungshub) muß dieses Moment durch Zufuhr äußerer Arbeit
(mittels der Anlaßvorrichtung) überwunden werden, in der zweiten Hälfte (Ausdehnungshub)
wirkt es selbst treibend auf den Motor. Das von der Anlaßvorrichtung aufzubringende
größte Drehmoment B muß - zur überwindung der Reibung und etwaiger sonstiger Widerstände
- noch etwas größer sein als das während des Verdichtungshubes auftretende größte
widerstehende Drehmoment A. Durch die Erfindung soll nun erreicht werden, claß zum
Anlassen eine Anlaßvorrichtung ausreicht, deren größtes Drehmoment etwa einen Wert
C, der wesentlich kleiner als der Wert B ist, besitzt. Dabei sei angenommen, daß
dieses Drehmoment C dauernd abgegeben werden kann, so daß dessen Verlauf durch die
waagerechte, im Abstande C von der Nullinie verlaufende Linie c wiedergegeben ist.
Die über der Linie c liegende, von der Kurve a umschlossene Fläche F1 stellt also
(von Reibungs- u. dgl. Zusatzarbeit abgesehen) den noch fehlenden Teil der erforderlichen
Anlaßarbeit dar. Dieser fehlende Arbeitsbetrag wird erfindungsgemäß durch die Hilfsanlaßvorrichtung
gedeckt. Eine solche ist beispielsweise in Abb. 5 schematisch dargestellt. Auf einer
Welle i, die mit der Welle des anzulassenden Motors verbunden ist, sitzt ein Nocken
2, gegen den eine Rolle 3 mittels eines Kolbens 4 angepreßt wird, der in einem festliegenden
Zylinder 5 verschiebbar angeordnet ist. Der Zylinderraum 6 über dem Kolben 4 kann
aus einer (nicht gezeichneten) Druckgasquelle über die ein Abschlußglied 8 enthaltende
Leitung 7 mit Druckgas gefüllt bzw. nach Verstellen des Abschlußgliedes über den
Entlüftungsstutzen 9 mit der freien Atmosphäre verbunden werden. Gegen die Unterfläche
des Kolbens drückt eine schwache Feder io, - die beim Auslassen des Druckgases aus
dem Raum 6 den Kolben nach innen verschiebt und die Rolle 3 vom Nocken 2 abhebt.
Wird in der gezeichneten Stellung (Rolle 3 auf dem abfallenden Teil des Nockens
2) Druckgas in den Raum 6 eingelassen, so erfährt die Welle i durch den Kolbendruck
einen Antrieb im Sinne des -Pfeiles i i. Im weiteren Verlauf der Wellendrehung wird
der Kolben 4 vom ansteigenden Nockenteil entgegen der Druckwirkung des Gases wieder
nach innen geschoben. Linie b der Abb. 2 zeigt den Verlauf der während einer Umdrehung
in dieser Vorrichtung wirksamen Drehmomente. Der Nocken 2 ist so gestaltet, daß
der in der ersten Umdrehungshälfte sich ergebende positive Antrieb in einem Winkelbereich
ß1 auftritt, der den Winkel e, über welchen sich die Fläche F1 (Abb. i) erstreckt,
überdeckt; ferner ist die Einrichtung so getroffen, daß das Drehmoment an jeder
Stelle des Winkelbereiches ß1 mindestens um den zur Reibungsüberwindung u. dgl.
noch erforderlichen Betrag größer- ist als die -Differenz zwischen den Linien a
und c (Abb. i) an derselben Stelle. Das Einwärtsschieben des Kolbens 4 fällt mit
dem Ausdehnungshub des Motors zusammen, und die hierbei aufzuwendende Arbeit kann
deshalb ohne weiteres der jetzt nicht belasteten Anlaßvorrichtung bzw. der Ausdehnungsarbeit
des Motors selbst entnommen werden.
Es addiert sich also jetzt zu
dem der Linie c folgenden Drehmoment der Anlaßvorrichtung das der Linie b folgende
Drehmoment der Hilfsvorrichtung, und es ergibt sich, wie Abb. 3 zeigt, für den Verdichtungshub
ein resultierendes Drehmoment d, welches an allen Stellen das Gegendrehmoment a
des Motors überragt und dessen Höchstwert die erforderliche Größe B erreicht. Daraus
ergibt sich, daß nunmehr das Andrehen des Motors mit verhältnismäßig schwacher Anlaßvorrichtung
und bei unverändertem Verdichtungsenddruck möglich ist. Da im folgenden Ausdehnungshub
der Kolben q. der Hilfsvorrichtung durch den ansteigenden Teil des Nockens wieder
nach innen geschoben wird, so kann die Vorrichtung für den nächstfolgenden Verdichtungshub
sofort wieder Hilfsarbeit leisten. Ist die Maschine angesprungen, so sperrt man
die Druckgaszuleitung 7 und öffnet den Auslaß 9, der Kolben q. geht dann unter dem
Einfluß der Feder io in seine innerste Lage und hebt die Rolle 3 vom Nocken 2 ab,
so daß die Hilfsvorrichtung jetzt stillgesetzt ist. Zum Wiedereinschalten der Hilfsvorrichtung
beim nächstfolgenden Anlassen ist nur die Verbindung des Zylinderraumes 6 mit der
Druckgasleitung 7 nötig. -Die Drehmomentkurve der Hilfsvorrichtung kann auch nach
Art einer Sinuslinie verlaufen, Bedingung ist nur, daß die resultierende Drehmomentkurve
auch hier wieder die Höhe B erreicht und die Kurve a des Gegendrehmomentes überall
umschließt. Ein solcher Verlauf hat den Vorteil, daß er durch ein einfaches Kurbelgetriebe
erzeugt werden kann. Eine Einrichtung dieser Art zeigt Abb. 6. Dort ist i wieder
die von der Hilfsvorrichtung anzutreibende Welle, 12 eine fest darauf sitzende Kurbel,
13 eine daran angreifende Schubstange, 14 ein kolbenähnliches Gleitstück, das in
der festliegenden Führung 15 sich hin und her bewegt. Die Hilfskraft wird hier durch
eine kräftige Feder 16 ausgeübt, die ständig gegen das Gleitstück 14. drückt. Das
Wiederspannen der Feder für den nächsten Verdichtungshub erfolgt selbsttätig beim
Einwärtshub des Gleitstücks 1q.. Die hierfür nötige Arbeit wird dem Anlaßmotor bzw.
der während dieser Zeit frei werdenden Ausdehnungsarbeit des Hauptmotors entnommen.
Ein Motor mit einer solchen Einrichtung ist in Abb. 7 dargestellt. Dabei ist 2o
der Motorzylinder, 21 die Motorkurbelwelle, 22 das Motorschwungrad, mit dessen Verzahnung
23 ein Ritzel 2q. eines Anlaßmotors 25 in Eingriff gebracht werden kann. Gleichachsig
zur Motorkurbelwelle 21 ist die Welle i der Hilfsvorrichtung angeordnet, deren übrige
Teile wie in Abb.6 bezeichnet sind. Die Wellen 21 und i können mittels einer Kupplung,
bestehend aus den Scheiben 26, 27, verbunden oder voneinander getrennt werden. Die
Kupplung hat nur einen Zahn 28, so daß die Wellen 21 und i nur bei bestimmter gegenseitiger
Winkelstellung ihrer Kurbeln gekuppelt werden können. Zur Inbetriebsetzung des Motors
wird zunächst bei ausgeschalteter Kupplung (z. B. durch Drehen an der Scheibe 27)
die Feder 16 der Hilfsvorrichtung gespannt. Dann wird die Motorkurbel 21 (z. B.
durch Schalten am Schwungrad 22) in diejenige Lage gebracht, daß die Kupplung 26,
27 eingerückt werden kann. Schließlich wird der Anlaßmotor 25 angestellt, dessen
Ritzel 24 sich hierbei selbsttätig mit dem Schwungrad 23 kuppelt. Der Motor 2o kommt
hierdurch in Gang. Nach Eintreten der Zündung wird der Kupplungsteil 27 von dem
auf der Motorwelle sitzenden Teil 26 gelöst, womit der Anlaßvorgang beendet ist.
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Abb. 4 zeigt das Diagramm eines Zweizylinderzweitaktrnotors, bei welchem
das Anlassen durch Einführen von Druckluft in die Arbeitszylinder erfolgt. Die Kurve
r zeigt den Verlauf des auf die Welle ausgeübten Drehmomentes, wie es sich aus dem
positiven Antrieb während der Anlaßhübe und dem Widerstand der Verdichtungshübe
zusammensetzt. Dieses Drehmoment wird in den Punkten P1, P2, P3 und P,1 zu Null
und ist in den Bereichen zwischen den Punkten P. und P3 und zwischen P4 und P1 negativ;
die Motorkurbelwelle wird in= diesen Stellungen zurückpendeln, wenn die Schwungradenergie
nicht genügt, diese negativen Momente zu überwinden. Auch hier- schafft die Hilfsanlaßvorrichtung
nach der Erfindung Abhilfe. Die Kurve s gibt den Verlauf der Drehmomente dieser
Hilfsanlaßvorrichtung wieder, sie verläuft angenähert sinusförmig,- derart, daß
während einer vollen Kurbelumdrehung (36o°) zwei Höchstwerte und zwei Mindestwerte
auftreten, die ungefähr an gleicher Stelle des Kurbelkreises liegen wie die Mindestwerte
bzw. Höchstwerte der Drehmomentkurve r. Die hierdurch sich ergebende resultierende
Momentenkurve t weist nur noch positive Werte auf. Die Folge ist, daß in keiner
Stellung ein Zurückpendeln der Kurbelwelle eintreten kann und daß demnacfieine größere
Sicherheit des Anspringens erreicht wird.
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Ein Motor mit einer Anlaßvorrichtung dieser Art ist in Abb.8 schematisch
dargestellt. Die beiden Motorzylinder 31, 32 w1rken auf die Kurbelwelle 33. Das
Anlassen erfolgt mittels Druckluft, die einem Behälter 34 entnommen wird und über
Leitung 35 mit Regelglied 36 dem die Druckluftsteuerglieder
enthaltenden.
Gehäuse 37 zugeführt wird. Von dort strömt die Druckluft durch Leitungen
38, 39 in den durch die Steuerung bestimmten Zeiträumen den Motorzylindern
31, 32 zu. Die Hilfsvorrichtung ist nach derselben Art, wie in Abb.5
dargestellt, ausgeführt; der von dem Kolben q. angetriebene Nocken 2' sitzt unmittelbar
auf der Kurbelwelle 33.
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Da auf eine volle Umdrehung der Kurbelwelle 33 zwei positive Impulse
der Hilfsvorrichtung entfallen müssen, so ist der Nokken 2' als Doppelnocken ausgebildet,
wie dies aus der vergrößerten Seitenansicht (Abb.9) ersichtlich ist.
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An Stelle eines solchen Doppelnockens könnte auch wieder ein ausschaltbares
Kurbelgetriebe treten, das aber dann mit der doppelten Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle
umlaufen muß, wie dies Abb. io schematisch zeigt. Dort sitzt auf der Motorkurbelwelle
33 ein Zahnrad q.o, das in ein halb so großes Zahnrad 41 der Kurbelwelle i der Hilfsvorrichtung
eingreift.
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Bei Einzylinderviertaktmotoren tritt das hohe Gegendrehmoment des
Verdichtungsdruckes nur bei jeder zweiten Umdrehung auf, die Hilfsvorrichtung braucht
deshalb ebenfalls nur bei jeder zweiten Umdrehung zur Wirkung zu kommen; man wird
in diesem Fall, wie Abb. i i zeigt, zwischen der Motorkurbelwelle 33 und der Welle
i der Hilfsvorrichtung eine zwangsläufige Untersetzung z. B. mit Zahnrädern 42,
43 vorsehen, welche die Drehzahl der Welle i auf die Hälfte der Drehzahl der Welle
33 herabsetzt.