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Umsteuereinrichtung für aufgeladene Zweitakt-Dieselmaschinen mit Einlaßschlitzen
und gesteuerten Auslaßventilen, die während des Betriebes auf Viertaktverfahren
umgesteuert werden können Die Erfindung betrifft eine Umsteuereinrichtung für mit
Aufladung (Gebläse) arbeitende Zweitakt-Dieselmaschinen mit Einlaßscha:itzen und
gesteuerten Auslaßventilen, die während des Betriebes auf Viertaktverfahren umgesteuert
werden können. Eine derartig umsteuerbare Maschine umschließt auf gleichem Raum
einen wesentlich größerem durchfahrbaren Leistungsbereich (dies insbesondere bei
hochaufgeladenen Motoren der am geführten Bauart), als dies bei reinem Zwei- oder
Viertaktbetrieb der Fall ist. Dieser Umstand kann z. B. von erheblicher Bedeutung
,in einem weitgehendst auf Dieselbetnieb eingestellten Kraftwerk sein, das tagsüber
eine .niedrige Stromabgabe zu verzeichnen hat, dagegen am Abend stark belastet wird.
Weiterhin eignet sich eine umsteuerbare Dieselmaschine besonders vorteilhaft für
den Einbau .in schwere Fahrzeuge, z. B. Schienenfahrzeuge, welche auf ihren Strecken
abwechselnd lange Ebenen (geringer Leistunggbedarf) und starke Steigungen (großer
Leistungsbedarf) zu durchfahren haben. Daneben bieten sich noch andere aussichtsreiche
Verwendungsmögllichkeiten.
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Das Ziel der Erfindung ist, derartige Dieselmaschinen als Lan,gsamläufer
(nm", S 8oo U/min) während des Betriebes in möglichst einfacher Weise vom Zweitakt-
auf das Viertaktverfahren und umgekehrt umsteuern zu können. Die Erfindune besteht
darin, daß mittels eines Preßlufthauptsteuerventils gleichzeitig sowohl die Umsteuerung
fier
Brennstoffzüführals auch @diie Ein- oder Aüsschaltun- eines
für Viertaktbetrieb vorgesehenen Zusatzauslaßorgans erfolgt und mittels Schalgens
eines Luftreglers zwischen Luftdruckkessel- und Luftzuleitung zu den Zylindern die
Zufuhr der Spul- und Ladeluft druck- und mengenmäßig umgestellt wird .-Ei.n Vorteil
der erfindungsgemäßen Umsteuereinrichtun:g besteht darin, daß der Web pneumatischer
Wirkungsweise beschritten wurde. Es bietet sich dadurch die Möglichkeit, eine beliebig
vielzylindrige Maschine bzw. sogar ganzeMotorengruppen iin einfacher und betriebssicherer
Weise von einem Kommandostand aus umzusteuern. Inder Zeichnung ist die Umsteuereinrichtung
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Dieselmotor
mit -der gesamten Umsteuereinricbtung, _-Flg.2 das Brennstoffregelventil, Fig. 3
die Bohrungen im Zylinderkopf, Fig. 4. das Preßlufthauptsteuervenüil, Fig. 5 -die
Einschaltvorrichtung für das zusätzliche Auslaßorgan.
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Mit dem Kurbelgehäuseoberteil i fest verbunden -ist der Zylinder 2.
Er wird umgeben von einem ringförmigen Rohr 3, welches über - Anschluß= stutzen
4 mit -dem Zylinderinnern und über das bezvegliche Rohr 5 mit :dem Druckkessel 6
verbunden ist; dieser wird über das bewegliche Rohr 7 voll einem Gebläse mit Frischluft
versorgt. Zwischen Druckkessel 6 und beweglichem Rohr 5 befindet sich ein Luftregler
8, welcher nach Arteines Reduzierventils gebaut sein und mittels des Hebels g derart
umgeschaltet werden kann, daß die erforderliche Spül- und Ladeluft für das Zwei-
und V iertaktverfahren -ins Zylinderinnere .gelangt. In mittlerer Höhe des Zylinders
2 angeordnet befindet sich außen die Einspritzpumpe io; sie wird über die Welle
c i angetrieben und ist als doppelt wirkende Pumpe gebaut: I ist- die Saugleitung
der Pumpe; über Leitung II fördert sie Kraftstoff für das Zweitaktver.fahren; über
Leitung, III für das Viertaktverfahren zum Bre.nnstoffregelventil i2, d. h. zwischen
den beiden. im Innern des:Pumpen== gebäuses liegenden, die Pumpenstößel betätigenden
Nockenwellen besteht das Untersetzungsverhält..-nis 2 : i ; IV ist die Kraftstoffzuführungsleitunb
zur Düse und V eine Kraftstof£rückleitung aus dem Regelventil 12 zum Tank.
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Das Brennstoffnegelventil 12, welches in Fig: 2 noch einmal schematisch
skizziert ist, besteht @ im wesentlichen aus einem Mehrwegestück ä mit- drehbarem,
die beiden Kanäle K1 und K2 aufweisendem Mittelstück b; letzteres wird durch einen
im Zylinder 13 arbeitenden, doppelt wirkenden Preßluftkolben (etwa über Zahnstangentrieb)
in Vor-und Rückdrehung versetzt.
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Die Zweitakt-:Dieselmaschine, welche durch obengenannte Erfindung
umsteuerbar gemacht werden soll, besitze beispielsweise je Zylinder -zwei durch
die Hauptnockenwelle 14 betätigte Auslaßventile; da diese Ventile jedoch bei jedem
Kol@bena-ufwärts= gang 'im Zweitäkt:verfahren nach einem gewissen Nachöffnungswnkel
(vom UT aus berechnet) schließen; ist für das Viertaktverfahren ein weiteres, im
Zylinderkopf angeordnetes Zusatznuslaßventil 15 vorgesehen, so daß sich in der mittleren
kreisförmigen Grundfläche des Zylinderkopfes Bohrungen nach Fig. 3 ergeben: Bi =
Bohrungen für Hauptauslaßventile, B2 = Bohrung für Zusatzauslaßventil, B3 = Bohrung
für Einspritzdüse. Das Zusatzauslaßventil öffnet bei jedem Auslaßtakt des Viertaktverfahrens
zusätzlich (wflbei d,ie Öffnungsperioden der beiden erwähnten Hauptauslaßventile
unbeeinflußt bleiben) und wird durch Kipphebel 16, Stößelstange 17 und Nebenwelle
(Nockenwelle) , 18 betätigt; ihr Untersetzungsverhältnis zur Motorhauptwelle ist
2 : z.
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Zwischen der Rolle der Stößelstange 17 und den Nöcken der Nebenwelle
18 befindet sich eine weitere, in einer Gabel ig gelagerte Rolle, welche als Zwischenrolle
-in bekannter Weise den Druck des Nockens auf die Stößelstange übermlittelt; die
Gabel ig sitzt an der Kolbenstange eines im Preßluftzylinder -2o arbeitenden, einfach
wirkenden Kolbens-, zwischen Gabel und Zylinder befindet sich .die Spiralfeder 2i.
Der Preßluftzyli.nder 2o ist am Haltearm 22 ,drehbar gelagert, wobei jedoch der
Anschlag 23 dafür sorgt, daß Gabel und Rolle unter eine tiefere Lage als die horizontale
nicht hinaus; gelangen. Dem Preßluftzylinder 2o angegliedert ist ein Entlüftungsventil,
welches, wie Fig.5 zeigt, im wesentlichen darin besteht, daß mittels Preßluft durch
Kolben 24. und Kolbenstange 25 ein Ventilkegel 26 bewegt wird, welcher die Luftaustrittsöffnung
freigibt und schließt. Zwischen diese Öffnung aufweisender Gehäusestirnwand und
Kolben befindet sich die Spiralfeder a7.
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Als weiteres und wesentlichstes Organ ist das Umsteuerventil28 vorgesehen;
dieses besteht nach Fig. .4 aus dem die Luftwege Li bis L4 aufweisenden Gehäuse
A, der zylindrischen drehbaren Umsteuersäule B und dem Handrad C; das Gehäuse weist
weiterhin den Luftraum E und die Umsteuersäule die- Kanäle F, G und H auf. Der Luftweg
L4 führt durch einen Fortsatz des Gehäuses A, .in welchem ein Kegelventil
D angeordnet ist, welches unter Mitwirkung der Feder J durch Drehen des Handrades
C über Stange K und Kette L hin gehoben und gesenkt wird, wobei sich die Kette in
eine-im-IHändrad vorgesehene Nut einlegt. Der Zustrom der Preßl.uft in- das Umsteuerventil
28 erfolgt aus einer Stahlflasche, wie sie z. B. zum Anlassen des Motors verwendet
wird, in den Raum E nach Passieren eines normalen Reduzierventils, da man praktisch
mit Drücken p < 5 ata auskommen wird.
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Die Luftwege L, bis L4 im Gehäuse des Umsteuerventils 28 finden ihre
Fortsetzungen in der Preßluftleitung Pl, welche zum doppelt wirkenden Kolben des
Brennstoffre:gelventils 12 führt; weiter in der Preßluftleitung P.; welche zum Preßluftzylinder
29 führt; schIießlich in -der Preßluft= leiteng P, welche ebenfalls zum doppelt
wirkenden Kolben des- Brennstoffregelventils 12 führt, und
endlich,in
der Preßluftleitung P4, welche zum Entlüftungsventil 26 des Preßluftzylinders 20
führt (F,ig. 5).
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,Die hier beschriebene Einrichtung bezieht sich zunächst auf einen
Zvlinder. Für eine mehrzvlindrige Maschine besteht lediglich. ein Unterschied darin,
daß alle vomUmsteuerventi128 ausgehenden Preßluftleitungen P1 bis P4 von Verteilerstücken
abzweigen, welche an den Austrittsöffnungen der Luftwege L1 bis L4 am Umsteuerventil
28 anzuordnen sind; wird für die Zylinder nur eine doppelt wirkende Brennstoffpumpe
verwendet, so besitzt diese je eine Zuiführungsleiitung II und III. An Stelle der
beschriebenen doppelt wirkenden Brennstoffpumpe io können auch zwei normale getrennte
Pumpen verwendet werden, wobei die Nockenwelle der Zweitaktpumpe mit der Kurbelwelle
im übersetzun,gsverhältnis i : i und mit der Nockenwelle der Viertaktpumpe im Untersetzungsverhä-ltnis
2 : i läuft.
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Bezüglich der Wirkungsweise der Anlage ist folgendes zu sagen: Arbeitet
der Motor im Vierta'ktverfahren, so ist der Luftregler 8 mittels des Hebels g derart
geschaltet, daß die Spül- und Ladeluft für das Viertäktverfahren ins Zylinderinnere
gelangen kann.
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Umsteuerventil 28 ist so eingestellt, wie Fig. q. zeigt: Die Preßluft
gelangt über die Räume F. und F zu den Kanälen G und H bzw. L3 und L4 und von hier
aus weiter einmal zum Preßluftzylinder 13 (Leitung P.), wo der doppelt wirkende
Kolben das Kraftstoffregelventil1,2 derart einstellt, wie in Fig. 2 punktiert gezeichnet;
zum .anderen gelangt die Preßluft zum Entlüftungsvenbil26 des Preßluftzyl@i:nders
20 (Leitung P4), dieses in eine Stellung bringend, wie Fig. 5 zeigt, nämlich in
diejenige, daß der Zylinder 20 entlüftet wird und som@it für die die Zwischenrolle
tragende Gabel ig eine Lage entsteht, wie in Fig. i dargestellt: Das Zusatzauslaßventil
15 ist in den Anbeitsprozeß einbezogen.
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Umschalten des Motors auf Zweitaktverfahren: Luftregler 8 mittels
des Hebel-s g auf »Zweitakt« schalten; hierdurch strömt die Spül- .und Ladeluft
aus dem Druckkessel 6 über das bewegliche Rohr 5, Ringrohr 3 und Anschlußstutzen
q. (ins Zylinderinnere. Umsteuerventi128 durch, Verdrehen der Umsteuersäule B mittels
des Handrades C um i8o° (dieser Verdrehwirikel kann auch beliebig verkleinert werden)
,auf »Zweitakt« schalten; h@ierdurch Verbindung der Preßlufträume E, F über die
Kanäle G, H und L1, L2 mit den Preßluftleitungen P1 und P2; P1 führt zum. Preßluftzylinder
13 des Kraftstoffregelventils 12, wodurch dieses, z. B. über einen Zahnstangentrieb,
von dem in jenem Zylinder arbeitenden, doppelt wirkenden Kolben in eine .Stellung
gebracht wird, wie Fig. 2 (ausgezogene Linien) zeigt; der Brennstoff aus der Zweitaktpumpe
hat Zutritt zur Einspritzdüse; P2 führt zum Preßluftzvl,inder 20, und da durch das
Drehen des Handrades C das Kegelventil D im Umsteuerventilgehäuse gehoben wurde
(Fig. q.), wird die Preßluftleitung P,, entlüftet, -das Entlüftungsventil 26 geschlossen
(Fig. 5) und der Kolben im Zylinder 2o derart bewegt, daß Gabel ig mit Rolle unter
Zusammendrückung der Feder 21 nach rechts gleitet (Fig. i), d. h. zwischen Nockenwelle
18 und Rolle des Stößels 17 besteht keinerlei Verbindung (Kraftschluß) mehr, und
das Zusatzauslaßventil 15 bleibt dauernd geschlossen; den Auslaß besorgen nunmehr
allein die von der Hauptnockenwelle 1.I betätigten Hauptauslaßventile.
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Bei diesen Umsteuervorgämgen handelt es sich also jedesmal nur um
Betätigung von Hebel g des Luftreglers 8 und Handrad C des Umsteuerventils 28. Auf
diese Weise können somit durch Vereinigung derartiger Umsteuerventile in einem einzigen
Umsteuerventil mittels entsprechender Verteilerstücke auf einem Kommandostand und
Schaffung einer Betätigungsmöglichkeit für alle Hebel g ganze Motorgruppen von einem
Ort aus beliebig umgesteuert werden.
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Beim Übergang vom Zwei- zum Viertaktverfahren ,gleitet, wie beschrieben,
die Gabel ig mit Zwischenrolle nach links, um schließlich in die in Fig. i dargestellte
Lage zu gelangen; hierbei kann es, falls @in einem gewissen (ungünstigen) Kurbelwin'kelbereich
umgesteuert wird, zu scharfen Zusammenstößen zwischen der einfahrenden Rolle und
dem sich ihr entgegendrehenden Nocken der «gelle 18 kommen; um irgendwelche daraus
entstehenden, für den Umsteuervorgang nachteilii.gen Folgen zu vermeiden (dies.insbesondere
bei höheren Drehzahlen), wird es unter Umständen notwendig sein, das Zwischen:gleiten
der Gabel 19 mit ihrer Rolle in die in Fig. i gezeichnete Lage durch eine
geeignete Vorrichtung am Entlüftungskolben des Zylinders 2o nur 'in dem nicht :kritischen
Kurbelwimkelhereich zu ermöglichen.