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Vorrichtung für Viertakt-Motoren mit von der Kurbelwelle angetriebener
Steuerwelle zur Ermöglichung eines wahlweisen Betriebs des Motors als Verdichter
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Viertakt-Motoren mit von der Kurbelwelle
angetriebener Steuerwelle zur Ermöglichung eines wahlweisen Betriebs des Motors
als Verdichter. Vor allem ist diese Vorrichtung für Motoren von Kraftfahrzeugei
gedacht, da die Möglichkeit, den Motor gegebenenfalls als Motorbremse zu verwenden,
in neuerer Zeit eine erhöhte Bedeutung erlangt hat. Infolge der mit gesteigerten
Motorleistungen immer größer werdenden Transportgewichte von Straßenfahrzeugen besteht
nämlich immer mehr die Notwendigkeit, zur Entlastung der üblichen Reibungsbremsen
Zusatzbremsen anzuwenden. Es ist bereits bekannt, Viertakt-Motoren zwecks Erzielung
einer Bremswirkung bei abgeschalteter Brennstoffzufuhr und gegebenenfalls Zündung
als Zweitakt-Verdichter zu betreiben und hierzu die Ventile in oder kurz vor dem
oberen Totpunkt öffnen zu lassen. Hierzu werden die Nockenwellen mit besonderen
Bremsnocken für die Auslaßventile oder auch zusätzlich für die Einlaßventile versehen,
die nach Verschieben der Nockenwelle die Ventile antreiben. Die Nockenwelle kann
zusätzlich verdrehbar angeordnet sein, so daß die Größe der Bremswirkung verschieden
groß eingestellt werden kann. Diese Einrichtungen haben den Nachteil,
daß
zusätzlich Bremsnocken vorhanden sein müssen, und daß es 'Schwierigkeiten bereitet,
die erforderlichen Verstellvorrichtungen nachträglich an vorhandenen Motoren anzubringen.
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Es ist ferner auch bekannt, die Umstellung auf Zweitakt-Verdichterbetrieb
in wesentlich einfacherer Weise, lediglich durch Verdrehen der Nockenwelle, vorzunehmen.
Hierzu ist jedoch erforderlich, daß die Motoren mit getrennten Nockenwellen für
die Eimaß- und Ausla.ßventile ausgerüstet oder bei Motoren mit gemeinsamen Nockenwellen
die Auslaßnocken vierdrehbar angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese einfachere Umstellung
durch Verdrehen der Nockenwelle auch bei solchen Motoren anzuwenden, die eine gemeinsame
Nockenwelle für die EinlaL-und Auslaßventile und fest angeordnete Nocken haben.
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Die Erfindung besteht darin, daß neben dem normalen Steuerwellenantrieb
ein wahlweise einschaltbarer zweiter Steuerwellenantrieb vorgesehen ist, bei dessen
Einschalten die Steuerwelle mit Kurbelwellendrehzahl umläuft, und daß die Steuerwelle
mit einer Verstelleinrichtung in Verbindung steht, mittels derer das Öffnen des
Auslaßorgans in einem Bereich regelbar ist, der sich von dem normalen öffnungsbeginn
bis in den Bereich des oberen Totpunktes erstreckt. Dabei können die Auslaßorgane
sowohl Ventile als auch Drehschieber sein.
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Es ist an sich bei Verbrennungskraftmaschinen zum Zwecke der Ermöglichung
eines wahlweisen Betriebs des Motors ian Viertakt- und Zweitaktverfahren bekannt,
zwei wahlweise einschaltbare Steuerwellenantriebe zu verwenden. Die bekannte Einrichtung
dient jedoch nicht der Motorbremsung.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die beiden 'Steuerwellenantriebe
wahlweise mit ihrer Antriebswelle mittels einer Kupplung verbunden; die eine Verbindung
zwischen Kurbelwelle und 'Steuerwellenantrieb jeweils nur in einer ganz bestimmten
gegenseitigen 'Stellung der Antriebsglieder herstellt. Diese Kupplung kann beispielsweise
eine Zahnkupplung sein, beider die jeweiligen Kupplungsteile nur in einer einzigen
bestimmten gegenseitigen 'Stellung der Kupplungsteile miteinander in Eingriff gelangen
können. In vielen Fällen kann es zweckmäßig sein, diese Kupplung mit 'Synchronisiereinrichtungen
zu verbinden.
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Bei bekannten Vorrichtungen zur Motorbremsung von Viertakt-Motoren
mit zusätzlichen Steuernocken auf einer verschiebbaren 'Steuerwelle h@,t man zur
genauen Regelung der Bremswirkung die Nockenwelle zuerst verschoben und dann verdreht.
Bei der Verrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird dagegen die Kupplungseinrichtung
zwischen den beiden Stenerwellenantrieben und der diese antreibenden Welle gemäß
einem weiteren Erfindungsgedanken in der Weise mit der Verdreheinrichtung und der
Brennstoffzufuhr verbunden, daß bei der Umschalturig der Kupplung vom Motorbetrieb
der Steuerwelle auf den Bremsbetrieb selbsttätig die Brennstoffzufuhr abgeschaltet
und gleichzeitig eine Verriegelung für die Verdrehvorrichtung gelöst wird, se daß
eine Betätigung der Verdreheinrichtung nur dann möglich ist, wenn die Kupplung des
'Steuerwellenantriebs auf Bremsbetrieb geschaltet ist. Die Betätigungseinrichtung
für die Kupplung kann auch noch mit Einrichtungen -zum Abstellen weiterer
für den Motorbetrieb erforderlichen Betriebseinrichtungen, beispielsweise Zündeinrichtung,
verbunden sein.
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Als Verstelleinrichtung für die Steuerwelle kann erfindungsgemäß eine
solche Einrichtung benutzt werden; bei. der die Steuerwelle in an sich bekannter
Weise unter Vermittlung zweier mittels Gewinde miteinander verbundener Verstellglieder,
von denen das eine während des Umlaufens in axialer Richtung verschoben werden kann,
mit ihrem Antrieb gekuppelt ist. Der Windungssinn des Gewindes wird dabei in ebenfalls
bekannter Weise zweckmäßig so gewählt, daß die Steuerwelle durch den Antrieb selbsttätig
aus der Bremsstellung in die Betriebsstellung zurückgeführt wird. Als Verstellglieder
der Verstelleinrichtung kann eine auf der 'Steuerwelle längs verschieblich angeordnete
Gewindemuffe verwendet werden, die mit einem entsprechenden Innengewinde des die
Steuerwelle antreibenden Antriebsrades zusammenwirkt. Durch Verschieben der Gewindemuffe
in axialer Richtung wird die Steuerwelle gegenüber ihrem Antrieb entsprechend der
Verschiebung um einen bestimmten Winkel verdreht. Dabei wird eine mit zunehmendem
Verdrehwinkel steigende Bremswirkung erzielt, die ihren größten Wert etwa dann erreicht,
wenn die Auslaßorgane der einzelnen Zylinder geöffnet werden, wenn die Kolben etwa
im oberen Totpunkt angelangt sind. Die Verschiebung der Gewindemuffe kann vorn Führerstand
aus beispielsweise durch ein Hebelgestänge oder ein Schnecken- oder Rädergetriebe
mechanisch betätigt werden. In vielen Fällen isst es jedoch: vorteilhaft, wenn die
Verschiebung der Gewindemuffe durch hydraulische oder pneumatische Mittel bewirkt
wird.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
der Steuerwellenantrieb eines Viertakt-Motors in schematischer Darstellung sowie
'Steuer- und Bremsdiagramme dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Schnitt durch
den Steuerwellenantrieb, Fig. z ein Steuerdiagramm, Fig.3 das zugehörige Bremsdiagramm,
Fig, q. ein Steuerdiagramm und Fig. 5 das zugehörige Bremsdiagramm.
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Auf einem Ansatz i der Kurbehvelle a sind zwei Zahnräder 3, q. drehbar
gelagert, die durch Ringe 6" und Gleitringe 6b axial festgelegt sind, und die wahlweise
mit der Kurbelwelle durch einen Kupplungskörper 5 in Wirkungsverbindung gebracht
werden können. Der Kupplungskörper 5 ist als Zahnkupplung ausgebildet und wirkt
in der Weise, daß eine Verbindung der Räder 3, 4. jeweils nur in einer ganz bestimmten
gegenseitigen Stellung von Rädern und Kurbelwelle möglich ist. Dies wird beispielsweise
dadurch erreicht, daß die Zähne des Kupplungskörpers 5 und seiner mit den Rädern
3
und 4. verbundenen Gegenkörper 7 derart unsymmetrisch angeordnet
sind, daß immer nur die gleichen Zähne miteinander in Eingriff gelangen können.
Die Räder 3, 4 stehen ihrerseits mit Rädern 8, 9 im Eingriff, die gemeinsam mit
einer mit Innengewinde versehenen Hülse i o verbunden sind. Die Hülse i o wirkt
mit einer Gewindemuffe i i zusammen, die längs verschieblich, aber gegen Drehung
gesichert, auf einem Ansatz 12 der Nockenwelle 13 gelagert ist. Mit dieser Gewindemuffe
i i steht ein Hebel 14 in Verbindung, durch den die Muffe i i in axialer Richtung
verstellt und dadurch die Nockenwelle gegenüber ihren Antriebsrädern bzw. der Kurbelwelle
um einen gewissen Winkel verdreht werden kann. Dieser Winkelbereich erstreckt sich
vom normalen öffnungsbeginn des Auslaßventils bis zu einen; Öffnungsbeginn desselben
etwa im oberen Totpunkt. Es kann aber auch in manchen Fällen zweckmäßig sein, die
Nockenwelle so weit verdrehen zu können, daß das Auslaßventil erst öffnet, wenn
der Kolben den oberen Totpunkt bereits überschritten hat und den Abwärtshub durchführt.
Der Hebel 14. kann aber nur betätigt werden, wenn der Kupplungskörper 5 die Kurbelwelle
mit dem Räderpaar 3, 8 verbindet und somit die Steuerwelle mit Kurbehvellendrehzahl
umläuft. Dies wird dadurch erreicht, daß der Hebel 14 mit einer Sperrvorrichtung
in Verbindung steht, die aus den Sperrscheiben 15, 16 besteht, wobei die
Sperrscheibe 15 mit einem Handgriff.i7 verbunden ist, der über ein Gestänge 18 zur
Betätigung des Kupplungskörpers 5 dient. Beim Anziehen des Handgriffs 17 dreht sich
die Sperrscheibe 15 so, daß die Sperrscheibe 16 freigegeben wird und dadurch die
Möglichkeit besteht, die Steuerwelle 13 durch eine Bewegung des Hebels 14 über die
Gewindemuffe i i. und die Hülse i o gegenüber der Kurbelwelle zu verdrehen. Die
Kupplung 5 steht noch mit eineue in der Brennstoffzuleitung vorgesehenen Abschlußorgan
19 über einen weiteren Hebel 2o in Verbindung, durch den die Brennstoffzuleitung
unterbrochen wird, wenn der Kupplungskörper 5 auf Bremsbetrieb geschaltet ist. Das
zwischen 'Sperrscheibe 15 und Kupplungskörper 5 vorgesehene Gestänge 18 steht in
Verbindung mit einer Feder 21, die eine Rückführung des Kupplungskörpers 5 in die
Motorbetriebsstellung bewirkt, wenn der Hebel 14 und der Handgriff 17 in die Ausgangsstellung
zurückgeführt werden.
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Die Verstelleinrichtung für die Steuerwelle kann auch noch in an sich
bekannter Weise über mechanische oder pneumatische Mittel mit den üblichen Reibungsbremsen
des Fahrzeugs und/oder des Anhängers in Verbindung stehen.
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Die Wirkungsweise der in -Fig. i dargestellten Vorrichtung ist wie
folgt: Im Motorbetrieb ist der Kupplungskörper 5 mit dem entsprechenden Gegenkörper
7 des Rades 4 verbunden, so daß die Kurbelwelle 2 die Nockenwelle 13 über die Räder
4, 9 mit halber Kurbelwellendrehzahl antreibt. Das Abschlußorgan i 9 in der Brennstoffzuleitung
ist geöffnet und gibt dabei die Brennstoffzufuhr zum Motor frei. Zurr. Zwecke des
Bremsens wird der Motor in der Weise in einen Verdichter umgewandelt, daß durch
Anziehen des Handgriffs 17 der Kupplungskörper 5 mit dem entsprechenden Gegenkörper
7 des Rades 3 in Eingriff gebracht wird, so daß die Kurbelwelle 2 nunmehr die Nockenwelle
13
über die Räder 3 und 8 mit Kurbelwellendrehzahl antreibt. Der Kupplungskörper
5 kommt dabei mit dem entsprechenden Gegenkörper 7 des Rades 3 nur in einer .ganz
bestimmten 'Stellung in Eingriff, so daß Kurbelwelle und Nockenwelle immer nur in
einer bestimmten gegenseitigen'Stellung miteinander in Verbindung gebracht werden.
Nach der Kupplung der Zahnräder 3 und 8 mit der Kurbelwelle ergibt sich für die
Nockenwelle das in Fig. 2 dargestellte 'Steuerdiagramm. Die Einlaßorgäne der
einzelnen Zylinder öffnen jeweils dann, wenn der Kolben den oberen Totpunkt
erreicht, und schließen, wenn der Kolben den halben Abwärtshub zurückgelegt hat.
Beim weiteren Abwärtsgang des Kolbens wird das angesaugte Luftvolumen entspannt,
bis der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat. Beim Aufwärtsgang des Kolbens
wird so lange verdichtet, bis die Auslaßorgane nach dem halben Aufwärtshub des Kolbens
öffnen. Die Auslaßorgane schließen sich im oberen Totpunkt. Eine Bremswirkung wird
in dieser Stellung der Nockenwelle nicht erreicht.
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Wenn eine Überdeckung der 'Steuerzeiten von Eimaß- und Auslaßventil
vorgesehen ist, kann es zweckmäßig sein, in der Ansaugleitung ein Regelorgan vorzusehen,
das so wirkt, daß durch die An, saugleitung nur angesaugt, nicht' aber auch ein
Austritt von verdichteter Luft erfolgen kann.
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Mit dem Anziehen des Handgriffs 17 dreht säch die 'Sperrscheibe 15,
so- daß der Hebel 14 bewegt werden kann. Durch das Anziehen des Hebels 14 wird die
Nockenwelle über die Gewindemuffe i i und die Hülse i o gegenüber ihrem Antrieb
in der Weise verdreht, daß die Auslaßorgane gegenüber der in Fig.2 dargestellten
Steuerstellung später öffnen. Entsprechend der Steuerwellenverdrehung ergibt sich
eine mehr oder weniger große Bremswirkung, die ihren Höchstwert etwa dann erreicht,
wenn - der Hebel 14 in der strichpunktiert eingezeichneten Stellung steht. Das zu
dieser Stellung zugehörige Steuerdiagramm zeigt Tig. 4. Dabei öffnen die Auslaßorgane,
wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und schließen, wenn der Kolben den
halben Abwärtshub zurückgelegt hat. Gleichzeitig öffnen sich die Einlaßorgane, die
geöffnet bleiben, bis der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat. Das während
des Abwärtsganges des Kolbens angesaugte Luftvolumen wird beim Aufwärtsgang des
Kolbens verdichtet und entströmt dem Zylinder, wenn die Auslaßorgane im oberen Totpunkt
öffnen. Dadurch tritt sofort ein Druckabfall im Zylinder ein. Wenn der Druck im
Zylinder gleich dem Außendruck ist, bewirkt der wieder abwärts gehende Kolben, daß
durch die geöffneten Steuerorgane Luft angesaugt wird. Dabei kann es unter Umständen
zweckmäßig sein, in der Auslaßleitung ein Rückschlagventil vorzusehen, so daß nur
durch die Einlaßorgane Luft angesaugt werden kann. Dadurch wird verhindert, daß
eine Verschmutzung
der Zylinder durch das Ansaugen aus der Auslaßleitung
eintritt.
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Entsprechend dem Windungssinn des Gewindes der Gewindemuffe i i hat
der Antrieb das Bestreben, den Hebel 14 aus der Bremsstellung in die Motorbetriebsstellung
zurückzuführen. 'Soll wieder auf Motorbetrieb übergegangen werden, braucht der Fahrer
lediglich den Hebel 14 in die Motorstellung zu überführen. Beim Nachlassen des Handgriffs
17 wird der Kupplungskörper 5 wieder mit dem entsprechenden Gegenkörper 7 des Rades
4 in Eingriff und so die Kurbelwelle infolge der Eigenart der Kupplung in die richtige
'Stellung mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung gebracht. Gleichzeitig wird
das Abschlußorgan i g wieder auf Motorbetrieb umgestellt und dadurch die Brennstoffzufuhr
freigegeben.