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Vorrichtung zur Verhinderung des unbeabsichtigten Stehenbleiben von
Verbrennungskraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf Zweitakt-oder Viertaktmaschinen und im besonderen auf solche, die für Schiffsantrieb benutzt werden. Wenn ein Schiff auf hoher See ist, so kommt der Propeller öfter ausser Wasser, wobei die Maschine durchzugehen sucht. Es ist demzufolge nötig, in'solchen Augenblicken die Maschine, d. h. die Brennstoffzufuhr, von Hand oder selbsttätig zu drosseln, so dass sich die Arbeitsleistung verringert. Hieraus entsteht aber die Gefahr, dass die Maschine stehen bleibt, wenn der Propeller wieder ins Wasser taucht.
Zweck der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, um ein derartiges Stehenbleiben der Maschine zu verhindern.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Verbrennungskraftmaschinen mit einer Druckluftquelle zu versehen, deren Druck etwas niedriger ist als der höchste Explosionsdruck im Zylinder und die zum anfänglichen Anlassen oder Wiederanlassen der Maschine beim Stehenbleiben nach Fehlzündung oder anderen Störungen benutzt wird. Zu diesem Zweck wird ein mechanisch gesteuertes Ventil von Hand eingeschaltet, das zum Zulassen der Druckluft während eines fest bestimmten Teiles des Arbeitshubes dient, während ein Rückschlagventil die Druckluft bei normalem Explosionsdruck im Zylinder zurückhält, so dass die Druckluft nur eintreten kann. solange noch keine Zündung erfolgt ist.
Die Nachteile dieser Vorrichtung sind folgende : Wenn die eingeführte Brennstoffmenge unter der normalen Ladung bleibt, wird der Druck der Luft den Maximaldruck im Zylinder überwinden und sich Einlass erzwingen, bevor noch die Verbrennung des Brennstoffgemisches im Zylinder vollendet ist. Die Verbrennung wird dabei durch die eindringende Luft, nämlich durch die erfolgende Verdünnung mit Luft im Überschuss und die gleichzeitige Abkühlung durch die kalte Druckluft, beeinträchtigt, d. h. sie wird vorzeitig beendet, bevor sämtliches Gas verbrannt ist. Wählt man jedoch den Druck der Pressluft niedriger als den Explosionsdruck im Zylinder bei kleinen Belastungen, so wird sie als Reserveantriebsmittel unzureichend, wenn die Maschine unter volle Belastung kommt.
Es ist ferner bereits ein Arbeitsverfahren für Viertaktmaschinen mit Druckbehälter bekannt geworden, bei dem die Zulassung von Druckluft zum Arbeitszylinder durch ein auf mechanischem Wege periodisch bewegtes Ventil im Zusammenwirken mit einem zweiten, vonHand zu betätigenden Ventil bewirkt wird ; bei diesem Verfahren zeigen sich-die gleichen Nachteile wie bei dem oben erwähnten, da eine Regelung der Spannung der Druckluft nicht vorgesehen ist. Da aber auch die Zulassung der Druckluft als Arbeitsreserve nicht selbsttätig durch die Maschine veranlasst wird, wird die dauernde Überwachung durch den Maschinisten nötig.
Die Erfindung bezweckt, diese Übelstände zu beseitigen und das Stehenbleiben solcher Maschinen selbsttätig zu verhüten.
Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass in eine Hilfskammer am Arbeitszylinder, entsprechend dem betreffenden Arbeitszyklus der Maschine als einer Viertakt-oder Zweitaktmaschine, selbsttätig periodisch Druckluft als Kraftreserve eingelassen wird, die bestimmt ist, ihren Weg in den Zylinder hinein zu nehmen und Arbeit zu verrichten, sobald eine Fehlzündung eintritt oder die durch Drosselung der Brennstoffzufuhr verringerte Arbeitsleistung der Maschine einer plötzlichen Belastungszunahme nicht gewachsen ist, wobei die Einlassdauer der Druckluft sowie ihr Druck-bei Dieselmaschinen jedoch nur die Einlassdauer-der jeweiligen Brennstoffzufuhr entsprechend selbsttätig abgestuft wird.
Gemäss der Erfindung wird die Regelung der Dauer der Pressluftzufuhr in die Hilfskammer
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bewirkt, deren jeweilige Stellung zwangiäufig, nämlich zugleich mit der Brennstoffzufuhr, geregelt wird, z. B. durch ein Verbindungsgestänge s, t, M, v, zwischen der Nockenwelle}' und dem Brennstoffregler w.
In ähnlicher Weise wird auch die Regelung des Druckes der als Kraftreserve in die Hilfskammer eingelassenen Pressluft zwangläufig, nämlich zugleich mit der jeweiligen Brennstoffzufuhr, bewirkt, z. B. durch ein Verbindungsgestänge x, v1 zwischen einem Druckreduzierventil y und dem Brennstoffregler w.
Die Hilfskammer wird der Erfindung gemäss gegenüber der Druckluftleitung einerseits und dem Arbeitszylinder andrerseits durch zwei gleichachsig derart zusammengegliederte Ventile a, b geschlossen, dass das Druckluftzulassventil b betätigt werden kann, ohne das Zylinderventil a zu beeinflussen.
Der normale Verlauf des Druckes während, des Explosionshubes im Zylinder genügt gemäss der Erfindung, um bei allen Belastungen den Eintritt der Druckluft zu hindern. Tritt durch eine
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Fehlzündung oder eine sonstige Ursache ein augenblickliches Stoppen der Maschine ein, etwa infolge Wiedereintauchens der Schiffsschraube und dadurch entstehende Überlastung, so ist die Druckluft in der Lage, in den Zylinder einzutreten und ein Stillstehen der Maschine zu verhüten. Die Luft wird während des Explosionshubes von einem geeigneten Behälter zugeführt.
Die Zündung ist so geschaltet, dass sie eintritt, bevor das Einlassventil für die-Druckluft sich öffnet.
Bei Dieselmaschinen (Fig. 6), bei denen der Höchstdruck wenig oder gar nicht schwankt, genügt es lediglich, die Zulassdauer der Druckluft entsprechend der Belastung zu verändern, während der Druck der Pressluft annähernd gleich gehalten wird, und zwar etwas niedriger als der Verdichtungsdruck.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar ist Fig. i eine schematische Darstellung der Ventilsteuerung, Fig. 2 ein Längsschnitt durch ein Einlassventil und ein mit ihm gleichachsig vereinigtes mechanisch gesteuertes Ventil, Fig. g eine abgeänderte Ausführungsform, Fig. 4 eine Ansicht einer Nockenwelle für die Bewegung des mechanisch gesteuerten Ventils ; Fig 5. zeigt in ausgezogenen vollen Linien übereinandergestellt die gewöhnlichen Druckdiagramme einer Viertaktmaschine bei verschiedenen Brennstoffzufuhren, in gestrichelten Linien die entsprechenden Druckdiagramme-der in die Hilfs-
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einer Dieselmaschine bei verschiedenen Belastungen und die entsprechenden Pressluftdiagramme.
In Fig. 2 und 3 ist a das selbsttätige Einströmventil und b das mechanisch bewegte Ventil, das vorteilhafterweise als Entlastungsventil ausgeführt wird. Die Spindel c des Ventils a geht durch die Spindel d des Ventils b und ist in ihr geführt. Eine sanfte, um die Spindel c geschlungene Schraubenfeder e ist zwischen der Spindelmutter f und dem Boden der in der Spindel d hiefür vorgesehenen Höhlung angeordnet, um das Ventil a geschlossen zu halten.
Eine stärkere Schraubenfeder g ist um die Spindel d geschlungen und dient zum Sperren des Ventils b, ausser wenn letzteres mechanisch angetrieben wird. h ist die Einströmöffnung für die verdichtete Luft, die aus einer geeigneten Quelle oder aus einem Behälter entnommen wird. i ist ein um il drehbarer Steuerhebel, dessen ein Ende k gegen das Aufsatzstück I der Ventilspindel d, wie in Fig. 2, oder gegen. einen Kolben bl des Ventils b selbst, wie in Fig. 3, gestützt ist.
Das andere Ende lit des Steuerunghebels stützt sich gegen einen Plunger n, der in einem Gehäuse nl geführt ist, wobei der Plunger mit einer Rolle n2 versehen ist, die auf der Oberfläche des Daumenzylinders o läuft, wenn letzterer in seiner neutralen Lage sich befindet und durch die Daumen 01 und 02 (Fig. 4) betätigt wird, wobei der Zylinder o in der Richtung seiner Achse sich verschiebt, so dass der eine oder der andere von den beiden Daumen in den Weg der Rolle gelangt. Die Daumen sind abgeschrägt, um den Zufluss der verdichteten-Luft veränderlich in geeigneten Augenblicken des Hubes zu öffnen oder abzusperren.
Der Druck der Pressluft und die Steuerung des Ventils b sind so gewählt, dass bei normalem Gang der Maschine keine Pressluft in den Zylinder gelangen kann. Während der Öffnungszeit des Ventils b ist der Druck im Zylinder höher als der Druck der Pressluft, wodurch das Ventil a geschlossen gehalten wird. Ist hingegen der Druck im Zylinder durch die Expansion unter den Druck der Pressluft gesunken, so ist das gesteuerte Ventil b bereits wieder geschlossen und es kann keine Druckluft in den Zylinder strömen.
Im Falle einer Fehlzündung aber, oder wenn aus irgendeinem Grunde der innere Druck im Zylinder nicht genügt, um das Ventil a während der Offenstellung des Ventils b geschlossen zu halten, tritt verdichtete Luft in den Zylinder ein und bildet das Triebmittel. zur Vollendung des Hubes, womit der ungestörte Gang der Maschine bis zum nächsten Zündungshub gesichert bleibt.
Eine entsprechende Regelungsvorrichtung zeigt schematisch Fig. i. In einem geeigneten Gehäuse p ist eine um ihre Achse sich drehende und längs derselben verschiebbare Welle r mit geeigneter Lagerung eingebaut und in beliebiger Weise angetrieben. Sie ist für jeden Zylinder mit je einer Daumenwelle o versehen. Die Welle r ist an ihrem Ende mit dem an der Welle t befestigten Hebel-s verbunden, dessen anderer Arm s'mittels eines Gelenkes u an den Winkelhebel v angelenkt ist, der mittels der Verbindungsstange mit der in dem das Brennmaterial zuführenden Rohre wl angebrachten Drosselklappe w (bzw. einer das Brennmaterial regelnden Vorrichtung) gelenkig zusammenhängt.
Hebel v ist ausserdem mit einem ähnlichen Hebel x gelenkig verbunden, der das in dem die verdichtete Luft zuführenden Rohre yl angebrachte Druckminderventil betätigt. Die Welle t erhält eine schaukelnde Bewegung, was in der Zeichnung durch einen hierzu bestimmten, auf der Welle t befestigten Arm z veranschaulicht ist.
In der Zeichnung ist die Daumenwelle in neutraler oder Ruhelage gezeichnet und das Zuführungsrohr wl für die Ladung ist durch w gedrosselt oder gesperrt. Auf der, je nach der Fahrtrichtung (vorwärts oder rückwärts) nach rechts oder nach links verschobenen Daumenwelle stellen sich die Daumen os oder o2 in den Weg der Rolle n2, wie oben beschrieben, und die Maschine wird bekannter Weise durch die einströmende verdichtete Luft angetrieben.
Nachdem die Brennstoffklappe w und das Ventil y zufolge ihrer Verbindungen mit Daumenwelle r durch dieselbe betätigt werden, so folgt daraus, dass je nach der Belastungsänderung
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auch der Brennstoff und der Druck der verdichteten Luft im Verhältnis steigen oder fallen wird, während die Dauer der Luftzuströmung sich verlängert oder verkürzt, je nach der Lage der Daumen in bezug zu dem mit dem Ventilsteuerhebel arbeitenden Plunger M. Fig. 5 zeigt die Diagramme einer Verpuffungsmaschine. FL ist das Diagramm bei voller Ladung, TL bei Zweidrittelladung, OL bei Eindrittelladung und LL bei leichter Ladung, sämtlich mit vollen Linien gezeichnet.
Die Strichlinien fl, tl, 01 und bezeichnen Diagramme für die verdichtete Luft, die den mit vollen Linien ausgezogenen Diagrammen entsprechen. In Fig. 6 sind ähnliche Diagramme für die Dieseltype dargestellt und es bedeuten wieder die vollausgezogenen Kurven FI die Voll- ladung, TL Zweidrittelladung, OL Eindrittelladung und die strichlierten Kurven fl, tl und ol die denselben entsprechenden Diagramme für die verdichtete Luft. In dem Beispiele Fig. 5 ändert sich der Druck der verdichteten Luft den verschiedenen inneren Drücken entsprechend und ihr Zufluss wird abgesperrt, noch bevor der innere Druck bis auf den Stand der verdichteten Luft sinkt, während in dem in Fig. 6 gezeichneten Beispiel der Druck der Luft unverändert bleibt, weil der innere Druck nahezu gleichbleibend ist.
Der Zufluss der Luft wird jedoch abgesperrt, bevor der innere Druck bis auf den Stand der Luft sinkt. Es folgt daraus, dass während der normalen Arbeit keine verdichtete Luft in den Zylinder gelangen kann, mit Ausnahme einer geringen Menge, die bei jedem Takt in dem Zwischenraum zwischen den Ventilen a und b verbleibt.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Vorrichtung zur Verhinderung des unbeabsichtigten Stehenbleibens von Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Hilfskammer am Arbeitszylinder einer Viertakt-oder Zweitaktmaschine selbsttätig periodisch Druckluft als Kraftreserve eingelassen wird, wobei die Einlassdauer der Druckluft sowie ihr Druck-bei Dieselmaschinen jedoch nur die Einlassdauer-der jeweiligen Brennstoffzufuhr entsprechend selbsttätig abgestuft wird.