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Druckmittelsteuerung, insbesondere für schnellaufende Dieselmotoren
Zur Ausbil dang des D ieselmotors als Schnellläufer mit Überladung ist es erforderlich,
eine besondere Steuerung für die Verteilerorgane vorzusehen. Das ist insbesondere
von erheblicher Bedeutung bei Zweitaktmotoren, bei welchen die Schließ-, Öffnungs-
und Spülorgane sich außerordentlich schnell bewegen müssen, um die durch unvollkommene
Öffnung der betreffenden Kanäle entstehenden Zeitverluste zu verringern. Bei der
schnellen Bewegung der Verteiler- bzw. Steuerorgane sind außerdem große Trägheitswirkungen
zu überwinden, was eine Ermüdung des Werkstoffes, und eine schnelle Abnutzung der
Teile zur Folge hat.
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Zu diesem Zwecke sind bereits verschiedene Steuerungen vorgeschlagen
worden, bei welchen die Verteilerorgane durch eine aus einem Behälter oder vermittels
einer Pumpe gelieferte Druckflüssigkeit gesteuert werden. Hierbei können die Verteilerorgane
entweder nur in der einen Richtung durch die Druckflüssigkeit und in der anderen
Richtung durch eine Feder oder auch in beiden Richtungen betätigt werden. Zur Steuerung
von schnelllaufenden Brennkraftmaschinen, namentlich Zweitaktmaschinen, mit Überladung
lassen sich indessen die bekannten Druckmittelsteuerungen nicht verwenden, dä außerordentlich
schnelle Bewegungen der zur Schließung, Öffnung und Spülung dienenden Steuerglieder
erforderlich sind, um die durch unvollkommenes Öffnen o. dgl. bedingten Zeitverluste
zu vermeiden. Der Grund hierfür liegt darin, daß beiden bekannten Druckmittelsteuerungen
die Druckflüssigkeit durch eine Kolbenpumpe geliefert wird, welcher die hin und
her gehende Bewegung durch ein Nocken- oder Exzentergetriebemitgeteilt werden muß.
Bei derartigen Steuerungen kann man demnach den Steuergliedern keine schnellere
Bewegung erteilen als bei einer vollmechanischen Steuerung, und außerdem lassen
sich hierbei die hohen Drucke an den Berührungsflächen zwischen den Steuergliedern
und die dadurch bedingte Abnutzung nicht vermeiden. Ferner kann man bei Benutzung
von Steuernocken die durch das Profil der letzteren bestimmten Steuerbewegungen
nicht in beiden Richtungen erzeugen, während bei einer Steuerung durch Exzenter
wiederum die Bewegung des Ventils nach den Gesetzen der Exzenterbewegung bestimmt
wird und auch bei Anwendung eines Ausgleichsbehälters Stöße in der Ventilbewegung
auftreten. Außerdem läßt sich in beiden Fällen nur eine verhältnismäßig langsame
Betätigung,des Ventils erzielen.
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Bei anderen bekannten Druckmittelsteuerungen wird die Druckflüssigkeit
mittels einer umlaufenden Pumpe geliefert. Indessen wird
auch hier
die Pumpe mechanisch durch hin und her gehende und infolgedessen der Trägheitswirkung
unterliegende Teile gesteuert..
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Bei weiteren bekanntenDruckmittelsteuerungen für Verbrennungsmotoren
wird anstatfder bei den bereits genannten SteuerungeriF benutzten, mit Sitzflächen
arbeitenden Ventile ein Verteilerkolben benutzt, wobei es notwendig ist, die vollkommene
Stillsetzung des letzteren in seinen Endlagen unter den starken, während der Kompression
und der Ausdehnung auftretenden Drucke zu bewirken.
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Diese den bekannten Druckmittelsteuerung en der vorliegenden Art anhaftenden
Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß die eine der zu beiden Seiten
des Treibkolbens gebildeten Kammern taktmäßig in wechselnder Folge mit der Saugleitung
und die andere mit der Druckleitung der Pumpe mittels eines umlaufenden Verteilers
in Verbindung gebracht wird und daß am Verteiler besondere Kanäle vorgesehen sind,
um den Druckkreis mit dem Saugkreis der Pumpe während des Stillstandes des Treibkolbens
unmittelbar zu verbinden.
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Zunächst wird bei der neuen Druckmittelsteuerung eine hin und her
gehende Bewegung vom Steuerorgan völlig vermieden und lediglich eine Drehbewegung
benutzt, wobei zur Hervorbringung dieser eine ständig arbeitende, die Druckflüssigkeit
betätigende Umlaufpumpe dient. Ferner bleibt bei der neuen Druckmittelsteuerung
die Summe der Querschnitte der zum Verteiler und zurück zur Pumpe führenden Kanäle
stets konstant, wobei in hohem Grade die zu bewegende Flüssigkeitsmenge verringert
wird. Außerdem verläuft die Bewegung des Verteilers streng gesetzmäßig und wird
in jedem Augenblick durch die Größe der Öffnungen der Kanäle sowohl beim Aufwärtsgang
als auch beim Abwärtsgang bestimmt und die Stillstandslage des Treibkolbens gesichert.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Fig. i ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung
in Anwendung bei einem Dieselmotor mit Steuerkolben, Fig. 2 ein Schnitt nach Linie
2-2 der Fig. i, Fig. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 ein Schnitt
nach Linie ¢-.4 der Fig.2. Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung des Verteilerkolbens
und Fig. 6 ein Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach
Fig. i. Wie die Zeichnung zeigt, besteht der Verteiler aus einem Zylinder io und
einem umlaufenden Verteilerkolben i i, welcher sich mit möglichst geringem radialem
Spiel , im Zylinder io dreht. Der umlaufende Verteilerkolben i i stützt sich mit
einem Ende gegen die Wand i2 des Zylinders ro und mit seinem anderen Ende auf einen
an letzterem befestigten Anschlag 13. Die Welle 14 des Verteilerk@lbens i
i erstreckt sich axial durch eine im '-'schlag 13 vorgesehene Bohrung und ist mit
girier durch eine Mutter 16 betätigten Dichi5 versehen. Ein geeignetes Triebwerk
'stellt die Verbindung der Welle 1,4 mit der Kurbelwelle des Dieselmotors her.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Zylinder io mit dem Kopf 17 der Verbrennungskraftmaschine verbunden, kann aber auch
an jeder anderen geeigneten Stelle der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein.
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In der Wand des Zylinders io sind verschiedene Öffnungen vorgesehen,
von denen die Öffnung 18 für die Leitung i9 bestimmt ist, die zur Zuführung der
unter Druck stehenden Flüssigkeit dient, was mittels einer oder mehrerer in der
Zeichnung nicht dargestellter Pumpen mit gleichbleibender Leistung, z. B. Zahnradpumpen,
Flügelpumpen o. dgl., geschieht. Die Ansaugseite dieser Pumpen ist durch eine Leitung
2o mit den Öffnungen 21 und 22 des Zylinders io verbunden.
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Eine andere Öffnung 23 des Zylinders io steht mit einer abgedichteten
Kammer 24 (Fig. i) in Verbindung, deren eine bewegliche Wand von einer der Flächen
eines doppelt wirkenden Treibkolbens 25 gebildet wird; letzterer sitzt in einem
weiteren im Kopf 17 vorgesehenen Zylinder 26.
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Eine weitere Öffnung 27 des Zylinders io steht über eine Leitung 28
mit auf der anderen Fläche des Kolbens 25 gebildeten Kammern 29 und 29a in Verbindung.
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Der Kolben 25 sitzt auf einer in der abgedichteten axialen Bohrung
31 geführten Stange 30, welche an ihrem unteren Ende einen weiteren im Steuerzylinder
33 laufenden Steuerkolben 32 trägt. Dieser dient zum Abschluß und zur Freigabe der
Auslaß- oder Einlaßöffnungen 34 des Steuerzylinders 33 der Brennkraftmaschine.
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Die obere Fortsetzung der Stange 3o trägt einen Ventilteller 30a mit
verhältnismäßig großem Durchmesser; dieser Ventilteller stützt sich auf einem am
unteren Teil der Kammer 29 gebildeten konischen Sitz ab, wenn der Steuerkolben 32
die Öffnung 34 abschließt.
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In der Stange 3o und im Kolben 32 sind Kanäle 35, 36 und 37 zum Durchlaß
einer Kühlflüssigkeit vorgesehen, welche durch die im Kopf 17 vorgesehenen Kanäle
38 und 39 ein- und abgeführt wird. Die Kanäle 38 und 39 münden in die Bohrung
31 in Höhe der in der Stange 30 diametral vorgesehenen Öffnungen 40
und 44 welch letztere mit den Kanälen 35 und 37 in Verbindung stehen.
Wie
aus Fig.5 hervorgeht, ist der Verteilerkolben i i an seinem mittleren Teil mit einem
ringförmigen Ausschnitt 42 versehen, welcher mit einer ersten Gruppe von am Umfang
des Verteilerkolbens i i vorgesehenen Längskanälen 43, 44 und 45 in Verbindung kommt.
Andererseits steht ein weiterer am einen Ende des Verteilerkolbens i i vorgesehener,
teilweise ringförmiger Kanal 46 mit einer zweiten Gruppe von am Umfang des Verteilerkolbens
i i vorgesehenen, von der ersten Gruppe von Kanälen getrennten Längskanälen 47 und
48 in Verbindung. Die vollen Sektoren 49, 50, 51, 52, 53 und 54 des Verteilerkolbens
ii bilden Schließkörper, die zum abwechselnden Schließen verschiedener Öffnungen
des Verteilerzylinders io dienen, um im gewünschten Augenblick die Verbindung der
Verteilerkänäle entweder mit den auf beiden Seiten des Kolbens 25 gebildeten Kammern
oder mit den Rücklauf- oder Ansaugleitungen der Pumpe zu unterbrechen.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die in Fig. 1, 2,
3 und 4 dargestellte Stellung der Vorrichtung entspricht dem Abschluß der Ausdehnungsperiode
im Zylinder der Brennkraftmaschine. Der Sektor 52 des Verteilerkolbens i i schließt
dabei die Öffnung 23 und der Sektor 51 die Öffnung 27 ab, während die in den Kammern
24, 29a und 29 befindliche Flüssigkeit die sofortige Stillsetzung des im Zylinder
26 laufenden Treibkolbens 25 bewirkt.
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Da während des Laufes der Maschine der Verteilerkolben ii zwangsläufig
in Richtung des Pfeiles umläuft, gibt der Sektor 52 bei seiner Drehung allmählich
die Öffnung 23 des Verteilerzylinders io frei ,und setzt so die Kammer 24 des Zylinders
26 mit der durch die Pumpe geförderten Flüssigkeit über die Kanäle 43 und 42 im
Verteilerkolben i i und die Leitung i9 in Verbindung. Hierbei gibt der Sektor 5
i die Öffnung 27 frei, um die Verbindung zwischen den Kammern 29, 29a und der Ansaugleitung
2o der Pumpe über die Kanäle 48 und 46 herzustellen. Der Kanal 46 mündet dabei in
die Öffnung 22 der Leitung 2o.
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Die Einführung der Druckflüssigkeit in die Kammer 24 und das Ansaugen
der ersteren aus den Kammern 29 und 29a hat eine schnelle Verschiebung des Kolbens
25 zur Folge, wobei dieser die Stange 30 und den Steuerkolben 32 mitnimmt
und so die Öffnungen 34 des Zylinders 33 der Brennkraftmaschine freigibt, um das
Entweichen der verbrannten Gase bzw. die Einführung von frischer Spülluft in den
Zylinder 33 zu gestatten. Die Öffnungen 34 bleiben frei, bis der Verteilerkolben
i i bei seiner Drehung den Kanal 47 mit der in die Kammer 24 mündenden Öffnung 23
verbindet. Hierdurch wird diese Kammer mit der Saugseite des Kolbens über die Kanäle
47, 46 und die Leitung 20 verbunden. Jetzt befindet sich der Kanal 43 zur Förderung
der Druckflüssigkeit der Öffnung 27 gegenüber, so daß durch die Leitung 28 in die
Kammern 29 und 29a Druckflüssigkeit eindringt und zusammen mit der Saugwirkung in
der Kammer 24 die schnelle Verschiebung des Kolbens 25, der Stange 30 und
des Steuerkolbens 32 bewirkt, wobei dieser eine Stellung einnimmt, in der die Öffnungen
34 des Zylinders 33 der Brennkraftmaschine abgeschlossen werden.
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Bei weiterer Drehung kommt der Kanal 47 des Verteilerkolbens i i vor
die Öffnung 27. Die Saugwirkung der Pumpe übt jedoch keinen Einfluß auf die in den
Kammern 29, 29a enthaltene Flüssigkeit aus, da die Öffnung 22 der Ansaugleitung
2o in diesem Augenblick durch den Sektor 54 des Verteilerkolbens ii abgeschlossen
ist.
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Zur Zeit der höchsten Kompression vor Beginn der Explosion im Zylinder
der Brennkraftmaschine bewegt sich der Kanal 48 des Verteilerkolbens i i vor der
Öffnung 23, was zur Wirkung hat, daß die Kammer 24 mit der Saugseite der Pumpe über
die Kanäle 48 und 46 in Verbindung kommt, wobei der Kanal 46 in diesem Augenblick
durch die Öffnung 22 mit der Saugleitung 2o in Verbindung steht. Die Saugwirkung
auf der der Kammer 24 entsprechenden Seite des Kolbens 25 gestattet, den Widerstand
entgegen dem während dieser Zeit auf den Steuerkolben 32 ausgeübten Druck zu vergrößern.
Außerdem wird durch den Ventilteller 3oa, welcher im Augenblick der Explosion auf
seinem Sitz ruht und so eine die Kammer 29 abschließende Wand bildet, die durch
die Explosion auf den Steuerkolben 32 ausgeübte Kraft auf eine große Flüssigkeitsoberfläche
verteilt.
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Der auf die Flüssigkeit ausgeübte Druck verringert sich gegenüber
dem Explosionsdruck im Verhältnis der Flächen des Ventiltellers 3oa und des Kolbens
32. Da die Leistung der Pumpe gleichbleibt, muß ein Rücklauf oder ein Überströmweg
für die Flüssigkeit zur Saugseite der Pumpe bei zunehmendem Abschließen der Öffnungen
23 und 27 vorhanden sein. Während der Stillstandszeiten des Kolbens 32 in seinen
Endlagen findet in den Kammern 24, 29 und 29a kein Flüssigkeitsumlauf statt.
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Der Rücklauf wird durch die Kanäle 44. und 45 im Verteilerkolben i
i gebildet, wobei diese Kanäle bei ihrer Bewegung vor der öffnung 2i des Verteilerzylinders
io der in den ringförmigen Ausschnitt 42 geförderten Flüssigkeit gestatten, während
des Abschlusses
der Öffnungen 23 und 27 durch die Saugleitung 2o
abzufließen. Andererseits wird bei einem in den Kammern 24 oder 29 und 2911 herrschenden
Druck die Öffnung 21 durch den Sektor 50 oder 49 des Verteilerkolbens 1i abgeschlossen.
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Bei der in Fig. 6 dargestellten geänderten Ausführungsform ist der
Verteiler vorzugsweise in axialer Richtung zum Dieselmotor angeordnet. Hierbei steht
die Flüssigkeitskammer 24 mit der Öffnung 23 des Verteilerzylinders io durch einen
Kanal 24a in Verbindung, während ein Kanal 24b die Kammer 24 mit einer im Verteilerzylinder
io der Öffnung 23 gegenüberliegenden Öffnung 23a verbindet. Die Öffnung 27 steht
unmittelbar mit der unterhalb des Kolbens 25 vorgesehenen Kammer 29 in Verbindung.
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Nimmt man an, daß sich der Verteilerkolben i i im Uhrzeigersinne dreht
und die Kanäle 43 und 48 sich vor den Öffnungen 23 bzw. 27 vorbeibewegen, so wirkt
die von der Pumpe durch den Kanal 43 geleitete Flüssigkeit in diesem Augenblick
in der Kammer 24 auf die entsprechende Fläche des Kolbens 25, während der Saugdruck
in der Kammer 29 auf die entsprechende Fläche des Kolbens 25 wirkt, so daß eine
Verschiebung dieses Kolbens, der Stange 30 und des Steuerkolbens 32 unter
Freigabe der Öffnungen 34 des Zylinders 33 bewirkt wird.
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Andererseits kommt während der Stellung der Kanäle 43 und 48 vor den
Öffnungen 27 bzw. 23a ein Überdruck in der Kammer 29 und ein Unterdruck in der Kammer
24 zustande, wodurch der Kolben 25 in eine Stellung bewegt wird, in der die Öffnungen
34 durch den Steuerkolben 32 abgeschlossen sind.
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Um im Augenblick der Explosion den durch den Kolben 25 auf die Flüssigkeit
in der Kammer 29 und auf die sich gegenüber der Öffnung 27 befindende Fläche des
Verteilerkolbens 1i wirkenden Druck auszugleichen, wird weiter im Verteilerkolben
i i ein diametral zu diesem zwischen den Kanälen 43 und 48 verlaufender Kanal 55
vorgesehen, welcher in eine Aussparung 56 mit einer der Öffnung 27 entsprechenden
Öffnungsfläche ausläuft. Im Augenblick der Explosion ist der Verteilerkolben 1i
in einer Stellung, wobei der Kanal 55 in Richtung der Stange 30 liegt und die Aussparung
56 an der Wand des Verteilerzylinders io anliegt, während das der Aussparung entgegengesetzt
liegende Ende, des Kanals 55 in den mittleren Teil der Öffnung 27 mündet. Hierbei
wird der über die Öffnung 27 auf den Verteilerkolben i i ausgeübte Flüssigkeitsdruck
durch den von der durch den Kanal 55 hindurchtretenden Flüssigkeit auf den
Boden der Aussparung 56 ausgeübten Druck ausgeglichen.
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Nach der Erfindung wird das durch mechanische Steuerungsglieder, wie
Nocken o@. dgl., auftretende Geräusch vermieden, da der Treibkolben 25 dauernd durch
zwei Flüssigkeitspolster geführt und seine Bewegung in jedem Augenblick durch den
Flüssigkeitsdruck bestimmt wird. Ferner können bei der neuen Druckmittelsteuerung
die Steuerungsglieder einer viel größeren Beschleunigung unterworfen werden, als
es bei mechanischen Steuerungen möglich ist, was insbesondere für Schnelläufer von
Bedeutung ist.