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Sicherheitseinrichtung für Brennkraftmaschinen
Bekannte Sicherheitseinrichtungen für Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel- und Gasmotoren, umfassen die Überwachung verschiedener Motorbetriebsgrössen, wie z. B. Kühlwassertemperatur, Schmier- öldruck, Öltemperatur, Steuerluftdruck usw. und bzw. oder die selbsttätige Stillsetzung des Motors, sobald die genannten Betriebsgrössen ihre zulässigen Bereiche über-bzw. unterschreiten. Zu diesem Zweck sind spezielle Fühlorgane vorgesehen, die ihrerseits einen Steuerimpuls auf eine Abstellvorrichtung weiterleiten. Als Fühl- bzw. Steuerorgan finden beispielsweise pneumatische, teilweise elektrisch arbeitende Geräte Verwendung.
Die Abstellung des Motors erfolgt dabei durch Federschaltwerke, Stellzvlinder oder auch Abstellmagnete in zweckentsprechender Weise, je nachdem, ob die Anlage für die Überwachung und Abstellung des Motors pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektrisch arbeitet. Soll die Anlage, z. B. bei Verwendung an Gasmotoren, explosionsgeschützt ausgeführt sein, müssen dic elektrischen Geräte in einer entsprechenden Schutzart ausgeführt werden. Die Gesamtanlage weist bei den bisher bekannten Ausführungen einen komplizierten Aufbau auf und erfordert daher eine sorgfältige Wartung. Die Anlage ist aber auch entsprechend teuer, insbesondere bei explosionsgeschützter Ausführung der elektrischen Instrumente und Apparate.
In dem Bestreben, Überwachungseinrichtungen der vorstehend beschriebenen Art von elektrischen Einrichtungen frei zu halten, sind mehrere Vorschläge bekanntgeworden, bei welchen auf mechanischem oder hydranlischem Weg die Betriebsgrössen, Schmieröldruck, Kühlwassertemperatur und Drehzahl der Brennkraftmaschine für die Auslösung der Sicherheitseinrichtung im Falle einer Gefahr für den Betrieb der Maschine herangezogen werden.
Diesen Vorschlägen ist gemeinsam, dass die Impulsgeber, die den einzelnen Betriebsgrössen zugeordnet sind, auf durch Klinken oder Verriegelungen in einer Bereitschaftslage gehaltene Schaltelemente wirken, die bei Über- oder Unterschreitung entsprechender Grenzwerte der genannten Betriebsgrössen die Kraftstoffzufuhr zur Einspritzpumpe oder die Drosselung der Leitung für die Verbrennungsluft herbeiführen. Da es sich bei den bekannten Vorschlägen um komplizierte Gestängeanordnungen handelt, die schwierig zu überblicken sind und bei denen deshalb die Abstimmung der den einzelnen Betriebsgrössen zugeordneten Impulsgeber in ihrer Wirkung auf den Abstellmechanismus beträchtliche Schwierigkeiten mit sich bringt, ist ihre Anwendung von vornherein auf jene Fälle beschränkt, in denen nur eine geringe Genauigkeit der Steuerung einzuhalten ist.
Die erwähnten Vorschläge beziehen sich überdies auch nur auf solche Brennkraftmaschinen, deren Betrieb und Überwachung auf rein mechanische Einrichtungen abgestellt ist. Für Steuerungssysteme von Brennkraftmaschinen, bei welchen ein selbsttätiger Ablauf mehrerer Steuerungsvorgänge bei Ansprechen der Sicherheitseinrichtung erforderlich ist, sind sie ungeeignet. So fallen diese Vorschläge grundsätzlich auch für Gasmotoren schon deshalb aus, weil bei solchen Maschinen das Schliessen des Gasabsperrventils und der Gaseinlassventile in den Zylinderköpfen sowie das Unterbrechen bzw. Kurzschliessen der Zündanlage durch die Sicherheitseinrichtung automatisch erfolgen muss.
Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Einrichtungen besteht darin, dass sie entweder erst nach Anlauf des Motors von Hand eingeschaltet und somit betriebsbereit werden, oder aber dass ein zusätzliches Zeitmessglied eingeschaltet werden muss, um eine sofortige Abstellung beim Startversuch zu vermeiden,
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da in diesem Zustand der Öldruck noch unter dem Minimalwert liegt.
Die Erfindung hat sich die Behebung dieser Mängel der bekannten Sicherheitseinrichtungen zum Ziel gesetzt. Sie geht davon aus, dass der Schmieröldruck und die Kühlwassertemperatur der Brennkraftma- schine auf ein Überwachungsgerät einwirken, das die Abstellung der Brennkraftmaschine bei unzulässigen Abweichungen dieser Betriebsgrössen von vorbestimmten Werten durch ein von den Betriebsgrössen beein- flusstes gemeinsames Steuerorgan bewirkt.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass das Steuer- organ in an sich bekannter Weise als federbelasteter Steuerkolben für ein den Durchtritt der Druckluft durch das Überwachungsgerät steuerndes Ventil ausgebildet ist, wobei die obere Stirnfläche des Steuer- kolbens vom vollen Schmieröldruck beaufschlagt ist, wogegen auf die untere Stirnfläche ein Kühlwasser- thermostat und zusätzlich über eine Drosselbohrung der Steuerluftdruck einwirken.
Federbelastete Steuerkolben sind bisher bei Steuereinrichtungen der oben beschriebenen, für Gasmo- toren grundsätzlich nicht anwendbaren Art bekanntgeworden, bei welchen durch einzelnen Betriebsgrössen zugeordnete Impulsgeber ein Schaltglied ausgelöst wird, das unter der Wirkung einer Feder bei der Frei- gabe die Zufuhr des Kraftstoffes unterbricht.
Die Wirkung der Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung erstreckt sich auf die Überwachung des
Druckes der Steuerluft sowie der einstellbaren Grenzwerte für den Druck des Schmieröles und der Kühl- wassertemperatur, wobei dennoch mit einem besonders einfachen Steuerorgan ausgekommen wird, das auf einen Teil der bisher notwendigen getrennten Impulsgeber und Übertragungseinrichtungen verzichten lässt.
Infolge des bewussten Verzichtes auf elektrisch betätigte Elemente sind zusätzliche Massnahmen für den Explosionsschutzder Sicherheitseinrichtung nichtmehrerforderlich. Von Vorteil ist auch der geringe Raum- bedarf des kompakt ausführbaren Überwachungsgerätes, so dass sein Einbau auch in bereits vorhandene An- lagen keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Der unmittelbar von den Betriebsgrössen beeinflusste Steuerkolben stellt ein empfindliches und zuverlässiges Steuerorgan dar, das schon auf geringe Störungen des Kräfte- gleichgewichtes anspricht. Ein Nachlassen des Schmieröldruckes bzw. ein Ansteigen der Kühlwassertem- peratur bewirken dabei eine gleichsinnige Verschiebung des Kolbens in Richtung gegen seine obere End- lage, wobei die beiden Einflüsse voneinander vollkommen unabhängig sind.
Durch die Anordnung einer
Drosselbohrung in der Steuerluftzuleitung zur unteren Stirnfläche des Steuerkolbens wird erreicht, dass beim Anlaufen der Brennkraftmaschine der auf die untere Stirnfläche des Steuerkolbens einwirkende
Steuerluftdruck langsamer ansteigt als der Schmieröldruck, hervorgerufen durch die zugleich mit der
Brennkraftmaschine anlaufende Schmierölpumpe. Somit wird ein vorzeitiges Ansprechen der Sicherheits- einrichtung im Anlaufzustand des Motors, solange der v olle Schmieröldruck noch nicht wirksam ist, selbst- tätig verhindert. Dadurch wird jedweder Steuereingriff am Überwachungsgerät seitens des Bedienungsper- sonals entbehrlich.
Dies bedeutet gegenüber bekannten Einrichtungen, bei denen eine Umschaltung des Steuergerätes-nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine von Hand vorgenommen werden muss, einen erheblichen technischen Fortschritt. Bei der Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung ist die Betriebsbe- reitschaft selbsttätig dann gegeben, wenn ein genügend hoher Öldruck vorhanden ist ; dies ist-ohne willkürliches Eingreifen des Bedienungspersonals - nach dem Anlaufen des Motors gegeben.
Um die Abstimmung der Sicherheitseinrichtung mit Bezug auf die baulichen und betriebsmässigen
Besonderheiten der einzelnen Brennkraftmaschinen zu erleichtern, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Drosselbohrung veränderbaren Querschnitt aufweisen.
Schliesslich kann das den Durchtritt der Druckluft steuernde Ventil als am oberen Ende des Steuerkolbens angeordnetes Scheibenventil ausgebildet sein, das in der oberen Endlage des Steuerkolbens zum Abschliessen der Steuerluftzuleitung und zur gleichzeitigen Entlüftung der dem Überwachungsgerät nachgeschalteten Steuerluftleitung dient. Beim Auftreten einer Störung geht somit die Entlüftung der dem Überwachungsgerät nachgeschalteten Steuerluftleitung, die die Abstellung der Brennkraftmaschine auslöst, infolge der aussetzenden Steuerluftzufuhr unbehindert vor sich, so dass eine sichere und rasche Abstellung der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
Unabhängig davon findet aber auch bei geöffnetem Scheibenventil im Falle einer Störung bzw. beabsichtigter Abstellung der Steuerluftzufuhr ohne Beeinflussung des Steuerkolbens eine Abstellung der Brennkraftmaschine statt. Somit ist auch der Einfluss des Steuerluftdruckes auf die Sicherheitseinrichtung von den übrigen Betriebsgrössen unabhängig.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, u. zw. zeigen Fig. l die Gesamtanlage der erfindungsgemässen Einrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Überwachungsgerät nach der Erfindung und Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie III - III aus Fig. 2.
In die Steuerluftleitung 10 (Fig. l) ist ein Druckluftventil 2 geschaltet, das durch eine auf der Welle desAnfahrhebels 1 angeordnete nicht dargestellte Nocke betätigt wird. Zum Anlassen des Motors
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wird der Anfahrhebel 1 in die strichliert eingezeichnete Lage (Startstellung) und nach Erreichen der
Zünddrehzahl in die voll eingezeichnete Lage (Betriebsstellung) gebracht. Die genannte Nocke öffnet da- bei knapp vor Erreichen der Betriebsstellung den Durchgang der Steuerluft zum Überwachungsgerät 3.
Da das Überwachungsgerät 3 im normalen Betriebszustand den Luftdurchgang ebenfalls freigibt, strömt die Steuerluft über die Steuerluftleitung 11 zum Druckluftzylinder 4, der über ein Gestänge die Ein- spritzpumpe 5 (Steuerpumpe) auf Betrieb stellt, sowie zum Gasabsperrventil 6, das somit die Treib- gaszufuhr öffnet, so dass der Motor anläuft.
Das aus einem Gehäuseoberteil 7 und einem Gehäuseunterteil 8 bestehende Überwachungsgerät
3 besitzt eine in seiner Längsrichtung verlaufende, abgestufte zentrale Bohrung 9. In diese mündet von oben die Steuerluftzuleitung 10, wogegen in radialer Richtung im Bereich des Gehäuseoberteiles 7 die Drosselbohrung 13 und in einer dazu senkrechten Ebene die Steuerluftleitung 11 zur Einspritz- pumpe bzw. zum Gasabsperrventil sowie die Entlüftungsbohrung 14 einmünden. Im Gehäuseunterteil
8 ist die Eintrittsbohrung 12 für das Schmieröl angeordnet, unterhalb der die zur Drosselbohrung 13 parallele Eintrittsbohrung 15 für die Drosselluft in die zentrale Bohrung 9 einmündet. Die Bohrun- gen 13 und 15 stehen dabei über die Steuerluftleitung 19,20 miteinander in Verbindung.
In die
Drosselbohrung 13 ist von aussen ein konischer Bolzen 16 eingeschraubt, der unter Zwischenlage einer Dichtung 18 mittels einer Feststellmutter 17 gegen Verdrehen gesichert ist. Mittels des koni- schen Bolzens 16 kann der freie Ringquerschnitt der Drosselbohrung 13 beliebig verändert und den jeweiligen Betriebserfordernissen angepasst werden.
Unterhalb der Drosselbohrung 13 ist ein Ventilsitzring 22 der Steuerluftzuleitung, dessen Sitz - 23 nach innen gerichtet ist, koaxial in die zentrale Bohrung 9 eingesetzt. Im Bereich der Trennfuge zwischen dem Gehäuseoberteil 7 und dem Gehäuseunterteil 8 ist ein weiterer Ventilsitzring 32 für die Entlüftungsleitung in einer konzentrischen Erweiterung der zentralen Bohrung 9 angeordnet. Dieser
Ventilsitzring 32, dessen Sitz 33 der Steuerluftzuleitung 10 zugewendet ist, ist sowohl zentrisch als auch in radialer Richtung durchbohrt und bildet mit der erweiterten zentralen Bohrung 9 im Bereich des Gehäuseoberteiles 7 einen Ringraum 49, in den die Entlüftungsbohrung 14 mündet.
Der mit- tels eines Dichtringes 34 gegen den Gehäuseunterteil 8 abgedichtete Ventilsitzring 32 dient zugleich der Zentrierung der beiden Gehäuseteile 7 und 8 und weist an seiner Innenseite eine zentrische Vertiefung auf, in welche die mit einem Dichtring 36 versehene Kolbenführung 35 eingesetzt ist.
In dieser Kolbenführung 35 ist der Schaft 27 des Steuerkolbens 24 gleitbar gelagert. Die obere Stirnfläche 25 des Steuerkolbens 24, auf die sich die konzentrisch angeordnete Schraubendruckfeder
37 abstützt, schliesst den Druckraum 50 für das Schmieröl nach unten ab. Zur Abdichtung des Druckraumes 50 ist eine Kolbendichtung 38 in einer Ringnut des Steuerkolbens 24 angeordnet. Im Bereich der Eintrittsbohrung 15 weist der Steuerkolben 24 eine weitere Ringnut 39 auf, die über eine Querbohrung 40 sowie die zentrale Bohrung 41 des Steuerkolbens 24 mit dem Druckraum 52 für die Steuerluft in Verbindung steht. Der Kolbenschaft 27 weist an seinem oberen Ende eine zentrale Ge- windebohrung auf, in die der Schaft 31 einer Ventilscheibe 28 eingeschraubt ist.
In die obere und untere Stirnfläche der Ventilscheibe 28 sind Dichtringe 29,30 eingesetzt, wobei der obere Dichtring 29 in der oberen Endlage des Steuerkolbens 24 mit dem Sitz 23 des Ventilsitzringes 22, der untere richtring 30 hingegen in der unteren Endlage des Steuerkolbens 24 mit dem Sitz 33 des Ventilsitzringes 32 zusammenwirkt.
Der Gehäuseunterteil 8 weist an seinem unteren Ende eine zur zentralen Bohrung 9 koaxiale Gewindebohrung auf, in dieeinKühlwasserthermostat 43 unter Zwischenschaltung eines Dichtring. es 46 eingesetzt und mittels einesGewinderinges 47 befestigt ist. Der Verschiebeteil 44 des Thermostaten 43 ragt dabei mit radialem Spiel in den Druckraum 52 hinein und besitzt einen Mittelzapfen 45 zur Zentrierung einer Schraubendruckfeder 42, die sich einerseits an der Stirnfläche des Verschiebeteiles 44, anderseits an der gegenüberliegenden Endfläche des Steuerkolbens 24 abstützt.
Der Eintrittsbohrung 15 koaxial gegenüberliegend ist eine abgestufte Bohrung vorgesehen, in der ein in die Ringnut 39 eingreifender Anschlagbolzen 54 längsverschieblich angeordnet ist. Auf den Anschlagbolzen 54 wirkt in axialer Richtung eine Druckfeder 55 ein, die sich anderseits an der Stirnfläche einer Einstellschraube 56 abstützt. Die Einstellschraube 56 greift in das Innengewinde einer in den Gehäuseunterteil 8 eingeschraubten Kappe 53 ein und ist unter Zwischenlage einer Dichtung 58 durch die Mutter 57 gegen Verdrehen gesichert.
Die Teile 7 und 8 des Gehäuses sind mittels Schrauben 59 unter Beilage von Sprengringen 60 miteinander verbunden.
Die Wirkungsweise des Überwachungsgerätes 3 ist nun folgende : Beim Starten des Motors strömt
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die Steuerluft nach erfolgter Öffnung des Druckluftventils 2 über die Steuerluftzuleitung 10 und den Ventilsitzring 22 in den Überströmraum 48, von wo sie über die Steuerluftleitung 11 zum Druckluftzylinder 4 an der Einspritzpumpe 5 bzw. zum Gasabsperrventil 6 gelangt. Zugleich tritt ein Teil der Steuerluft durch die Drosselbohrung 13 bzw. deren freien einstellbaren Ringquerschnitt ein und gelangt über die Steuerluftleitung 19,20 sowie die Eintrittsbohrung 15 in die Ringnut 39 und von dort über die Bohrungen 40,41 in denDruckraum 52. DerDruck der gedrosselten Steuerluft wirkt dabei auf die untere Stirnfläche 26 des Steuerkolbens 24 ein.
Bei Anlauf der Brennkraftmaschine tritt aber auch die Motorschmierölpumpe in Tätigkeit, so dass in dem über die Eintrittsbohrung 12 mit der Schmierölpumpe verbundenen Druckraum 50 ein Druckaufbau stattfindet, wobei der Schmieröldruck auf die obere Stirnfläche 25 des Steuerkolbens 24 einwirkt. Der freie Durchtrittsquerschnitt der Drosselbohrung 13 ist dabei so eingestellt, dass der Druckaufbau im Druckraum 52 für die Steuerluft langsamer vonstatten geht als der Öldruckaufbau im Druckraum 50. Die auf den Steuerkolben 24 nach unten wirkenden Kräfte sind daher stets grösser als die nach oben wirkenden, so dass der Steuerkolben 24 in seiner unteren Endlage verbleibt und den freien Durchtritt der Steuerluft durch das Überwachungsgerät sicherstellt.
Bei Auftreten einer Störung im Schmiersystem bedingt der dadurch verursachte Druckabfall imDruck- raum 50 eine Entlastung der oberen Kolbenstimfläche 25, so dass der unverändert wirksame Steuer- "luftdruck im Druckraum 52 eine Verschiebung des Steuerkolbens 24 in seine obere Endlage bewirkt.
Die Ventilscheibe 28 sperrt dabei die Steuerluftzuleitung 10 und entlüftet gleichzeitig das dem Überwachungsgerät 3 über die Steuerluftleitung 11 angeschlossene Druckluftsystem durch Öffnen des
Ventilsitzes 33. Durch denDruckabfall im Druckluftsystem wird einerseits die Treibgaszufuhr zum Mo- tor abgestellt und anderseits der Abstellhebel an der Einspritzpumpe durch Federkraft in die Schliessstel- lung gebracht (beim Gas Otto-Motor wird gleichzeitig damit die Zündung kurzgeschlossen), so dass der
Motor stillgesetzt wird.
In ähnlicher Weise erfolgt die Abstellung des Motors bei einem unzulässigen Anstieg der Kühlwasser- temperatur. Der Verschiebeteil 44 des Kühlwasserthermostaten 43 überwindet dabei die nach unten wirkende Kraft, hervorgerufen durch den Schmieröldruck im Druckraum 50 und die Schraubendruckfe- der 37 sowie dieKraftdesAnschlagbolzens 54, wobei er den Steuerkolben 24 in seine obere Endlage verschiebt. Die Schraubendruckfeder dient zur Anpassung des Hubes, der beim Verschiebeteil 44 grösser gewählt wird als beim Steuerschieber 24. Die Abstellung des Motors verläuft analog den Vorgängen bei Abfall des Schmieröldruckes.
Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf das gezeigte Ausführungsbeispiel, vielmehr könnte beispielsweise als Steuerorgan an Stelle des Steuerkolbens auch eine doppelseitige Balg dose bzw. eine Membrane Verwendung finden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sicherheitseinrichtung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere für Diesel- und Gasmotoren, bei denen der Schmieröldruck und die Kühlwassertemperatur auf ein Überwachungsgerät einwirken, das die Abstellung der Brennkraftmaschine bei unzulässigenAbweichungen dieserBetriebsgrössen von vorbestimmten Werten durch ein von den Betriebsgrössen beeinflusstes gemeinsames Steuerorgan bewirkt.
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan in an sich bekannter Weise als federbelasteter Steuerkolben (24) für ein den Durchtritt der Druckluft durch das Überwachungsgerät (3) steuerndes Ventil (28) ausgebildet ist, wobei die obere Stirnfläche (25) des Steuerkolbens vom vollen Schmieröldruck beaufschlagt ist, wogegen auf die untere Stirnfläche (26) ein Kühlwasserthermostat (43) und zusätzlich über eine Drosselbohrung (13) der Steuerluftdruck einwirken.