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Die Erfindung betrifft einen Motor,
insbesondere einen Zweitakt-Großdieselmotor,
mit wenigstens einem Zylinder, der einen von einem Kolben begrenzten
Brennraum enthält,
dem eine Einrichtung zur Zufuhr von Anlassluft zugeordnet ist, die
einen Anlassluftbehälter
aufweist, von dem eine vorzugsweise mit einem Absperrventil versehene
Anlassluftleitung zum Brennraum führt, dessen Anlasslufteingang
mittels eines Einlassventils kontrollierbar ist, das mittels einer
mit der Ventilspindel des Einlassventils zusammenwirkenden Betätigungseinrichtung betätigbar ist,
die mittels einer zugeordneten Steuereinrichtung steuerbar ist.
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Bei den bekannten Anordnungen dieser
Art enthält
die Betätigungseinrichtung
einen an der Ventilspindel des dem Anlasslufteingang zugeordneten Einlassventils
angreifenden einfachwirkenden Hubkolben und eine diesem entgegenwirkende
starke und daher schwere Schließfeder.
Diese bekannte Anordnung ist daher mit vergleichsweise hohen Reaktionszeiten
behaftet, was dazu führt,
dass sich bereits bei vergleichsweise geringen Drehzahlen Überschneidungen
der Öffnungszeiten
des dem Anlasslufteingang zugeordneten Einlassventils und des Abgas-Auslassventils
ergeben können.
Die Folge davon ist, dass wertvolle Anlassluft ungenutzt über den Abgasauslass
entweichen kann.
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Hiervon ausgehend ist es daher die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eingangs erwähnter Art
auf einfache und kostengünstige Weise
so zu verbessern, dass vergleichsweise geringe Totzeiten der Anlassluftzufuhreinrichtung
sichergestellt sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die dem Einlassventil zugeordnete Betätigungseinrichtung als von
der Öffnungs-
in die Schließrichtung
umsteuerbarer, doppeltwirkender Linearmotor ausgebildet ist, wobei
die Ventilspindel des dem Anlasslufteingang zugeordneten Einlassventil
als Teil des Linearmotors in diesen integriert ist, der durch elektrischen
Strom aktivierbar bzw. passivierbar ist, der mittels der Steuereinrichtung
schaltbar ist.
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Diese Maßnahmen ergeben vergleichsweise kurze
Reaktionszeiten. Die Verwendung eines doppeltwirkenden Linearmotors,
in den die Ventilspindel des dem Anlasslufteingang zugeordneten
Einlassventils als funktionelles Teil integriert ist, stellt sicher, dass
sich in Öffnungs-
und in Schließrichtung
im Wesentlichen gleich kurze Reaktions- und Bewegungszeiten ergeben.
Die Verwendung der Ventilspindel als funktionelles Organ des Linearmotors
macht andere Übertragungsorgane
entbehrlich, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Abkürzung der
Reaktions- und Bewegungszeiten auswirkt. Dieser Vorteil wird dadurch
noch verstärkt,
dass hier zur Aktivierung bzw. Passivierung des Linearmotors elektrischer
Strom zum Einsatz kommt, der auch über große Entfernungen innerhalb kürzester
Zeiten transportierbar ist und leicht umgepolt bzw. ein- und ausgeschaltet
werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten
Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann darin
bestehen, dass der Linearmotor als elektrisches Aggregat ausgebildet
ist, und dass der diesem als Antriebsenergie zuführbare elektrische Strom mittels
der Steuereinrichtung umpolbar ist. Da hierbei der mittels der Steuereinrichtung
schaltbare, elektrische Strom als Antriebsenergie für den doppeltwirkenden
Linearmotor fungiert, ist dessen Bewegungsrichtung einfach durch
Umpolen des elektrischen Stroms umkehrbar. Hierbei ergeben sich
daher besonders kurze Totzeiten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der vorstehend genannten Maßnahme
kann die Ventilspindel des dem Anlasslufteingang zugeordneten Einlassventils
als Magnetanker ausgebildet sein, dem wenigstens eine Spule zugeordnet
ist, die mit durch die Steuereinrichtung umpolbarem, elektrischem Strom
beaufschlagbar ist. Diese Maßnahmen
ergeben eine den Linearmotor bildende Hubmagnetanordnung und damit
eine besonders einfache und kompakte Bauweise.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung
der genannten Maßnahmen
kann der Linearmotor als Elektromotor mit in Umfangsrichtung rotierbarer
und in axialer Richtung verschiebbarer Welle ausgebildet sein. Auch
hierbei lässt
sich durch Umpolung des als Antriebsenergie dienenden, elektrischen
Stroms eine Richtungsumkehr erreichen. Die hier zusätzlich zur axialen Öffnungs-
und Schließbewegung
des Einlassventils vorgesehene Drehbewegung des Einlassventils führt in vorteilhafter
Weise zu einer zuverlässigen
Selbstreinigung der Ventilflächen,
was eine zuverlässige
Dichtwirkung gewährleistet.
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Eine andere, vorteilhafte Ausgestaltung
des übergeordneten
Erfindungsgedankens kann darin bestehen, dass die Ventilspindel
des dem Anlasslufteingang zugeordneten Einlassventils als Kolbenstange
eines mit einem doppeltwirkenden Kolben versehenen Hubzylinderaggregats
ausgebildet ist, das zwei Druckkammern enthält, die mit Anschlussöffnungen
versehen sind, die mittels eines vorzugsweise an das Hubzylinderaggregat
angebauten Schiebers, der durch mittels der Steuereinrichtung steuerbaren
Strom betätigbar
ist, wahlweise mit einer vorzugsweise hydraulischen Druckmittelquelle
oder mit einem drucklosen Rücklauf
verbindbar sind. Für
das vorzugsweise hydraulische Druckmittel ergeben sich hierbei infolge
der hubzylinderaggregatnahen Anordnung des Schiebers vergleichsweise
kurze Wege. Für
die Schaltung des Schiebers wird der reaktionsschnelle elektrische
Strom benutzt, so dass auch hier vergleichsweise kurze Totzeiten
gewährleistet
sind. Durch die Ausbildung des Hubzylinderaggregats als Hydraulikaggregat
lassen sich in vorteilhafter Weise hohe Kräfte und starke Beschleunigungen
erreichen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
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In der nachstehend beschriebenen
Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Zweitakt-Großdieselmotors
mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Anlassluft mit magnetisch betätigbarem Einlassventil,
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2 eine
Variante zu 1 mit einem
dem Einlassventil zugeordneten Elektromotor und
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3 eine
weitere Ausführung
mit einem hydraulisch betätigbaren
Einlassventil.
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Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise
von Motoren und insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren sind an sich
bekannt und bedürfen
daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr. Hauptanwendungsgebiet der
vorliegenden Erfindung sind Großmotoren,
die nicht mit Hilfe eines Anlassermotors gestartet werden, sondern
mit Hilfe von Pressluft. Dabei ist in der Regel von Anlassluft die
Rede.
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In 1 ist
ein Zylinder 1 eines Zweitakt-Großdieselmotors angedeutet, der
mehrere derartige, in der Regel in Reihe hintereinander angeordnete
Zylinder aufweisen kann. Der Zylinder 1 enthält einen
einen Brennraum begrenzenden Kolben 3, der über eine
Kolbenstange 4 mit einem Kreuzkopf 5 verbunden
ist, der über
ein Pleuelstange 6 mit einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle
zusammenwirkt. Im Bereich des Zylinderkopfes ist ein zentraler, durch
ein Auslassventil 7 kontrollierbarer Abgasauslass 8 vorgesehen,
an den ein Abgaskanal 9 anschließt. Dem Brennraum 2 ist
außerdem
eine aus einem oder mehreren Einspritzventilen bestehende, hier
nicht näher
dargestellte Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Brennstoff
zugeordnet.
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Radial außerhalb des Abgasauslasses 8 ist der
Zylinderkopf mit einer durch ein zugeordnetes Einlassventil 10 kontrollierbaren
Anlassluft-Einlassöffnung 11 versehen, über die
zum Starten des Motors geeignete Pressluft in den Brennraum 2 einführbar ist,
die den Zünddruck
ersetzt. Das der Anlassluft-Einlassöffnung 11 zugeordnete
Einlassventil 10 ist geschlossen, solange das dem Abgasauslass 8 zugeordnete
Auslassventil 7 geöffnet
ist und umgekehrt.
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Die als Anlassluft Verwendung findende Pressluft
wird in einem Anlassluftbehälter 12 bereitgehalten,
von dem eine Anlassluftleitung 13 abgeht, von der Anschlussstutzen 14 für jeden
Zylinder 1 abzweigen. Die Anlassluftleitung 13 ist
mit einem dem Anlassluftbehälter 12 nachgeordneten,
stromaufwärts
vom ersten Anschlussstutzen 14 angeordneten Absperrventil 15 versehen,
durch das die Beaufschlagung der Anlassluftleitung 13 mit
Anlassluft außerhalb
eines Anlassvorgangs unterbunden wird. Dieses Absperrventil 15 wird
daher nur zur Durchführung
eines Anlassvorgangs, das heißt
nur zum Starten des Motors, geöffnet.
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Dem Einlassventil 10 ist
eine Betätigungseinrichtung
zugeordnet, die mittels einer Steuereinrichtung 16 steuerbar
ist. Diese ist als elektronische Steuereinrichtung ausgebildet,
die mit einem geeigneten Anlassprogramm programmierbar ist. Die Steuereinrichtung 16 besitzt
zweckmäßig Ausgänge für die den
Einlassventilen 1.0 aller Zylinder 1 zugeordneten
Betätigungseinrichtungen,
so dass für
alle Zylinder 1 nur eine Steuereinrichtung 16 benötigt wird.
Die Steuereinrichtung .16 ist gemeinsam mit dem Absperrventil 15 mittels
eines Startbefehls aktivierbar, wie durch eine gemeinsame Signalleitung 17 angedeutet
ist. Die Steuereinrichtung 16 besitzt ferner einen Eingang
für eine
Signalleitung 18 für
vom Motortakt abgeleitete Signale, die zweckmäßig durch Abtastung der Kurbelwelle
gewonnen werden können.
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Bis hierher stimmen die den 1 bis 3 zugrundeliegenden Ausführungen überein.
Nachstehend werden die Unterschiede näher erläutert, wobei für gleichbleibende
Teile durchgehend dieselben Bezugszeichen Verwendung finden.
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Die dem Einlassventil 10 zugeordnete
Betätigungseinrichtungen
ist in jedem Fall als doppeltwirkender Linearmotor ausgebildet,
in den die Ventilspindel 19 des Einlassventils 10 als
funktionelles Teil integriert ist. Die spezielle Ausführung in
den 1 bis 3 ist jedoch unterschiedlich.
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Bei der Anordnung gemäß 1 enthält die Betätigungseinrichtung eine Hubmagnetanordnung 20.
Hierzu ist die den Ventilteller des Einlassventils 10 tragende
Ventilspindel 19, die durch den zugeordneten Anschlussstutzen 14 durchgeführt ist,
außerhalb
hiervon als Magnetanker ausgebildet, der mindestens eine zugeordnete
Spule 21 durchgreift, die über mit ihren Enden verbundene
Leitungen 22 an eine Stromquelle anschließbar ist.
Zweckmäßig enthält zumindest
der in die Spule 21 eingreifende Bereich der Ventilspindel 19 permanetmagnetisches Material.
Es wäre
jedoch denkbar, dass die ganze Ventilspindel 19 bzw. das
ganze Einlassventil 10 aus derartigem Material bestehen.
Als Stromquelle kann eine hier nicht näher dargestellte Gleichstromquelle dienen.
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Die der Spule 21 zugeordneten
Stromversorgungs-Leitungen 22 führen über die Steuereinrichtung 16,
durch welche die Strombeaufschlagung der Spule 21 aktivierbar
und der Stromfluss umpolbar ist, wie durch die Vorzeichen + (-)
bzw. – (+)
angedeutet ist. Durch Umpolen der Stromrichtung werden gegenläufige, axiale
Bewegungen des Einlassventils 10 und damit die Öffnungs-
und Schließbewegung
des Einlassventils 10, erreicht. Die Umpolung erfolgt nach
einem in der Steuereinrichtung 16 abgelegten, oben bereits
erwähnten
Anfahrprogramm im Takt des Motors.
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Die Hubmagnetanordnung 20 ergibt
somit einen doppeltwirkenden Linearmotor in Form eines elektrischen
Aggregats, dessen Bewegungsrichtung durch einfache Umpolung des
Versorgungsstroms umkehrbar ist. Da innerhalb einer Stromleitung
die Reaktionszeiten praktisch vernachlässigbar kurz sind, spielt hier
die Länge
der Stromversorgungs-Leitungen 22 bezüglich der
Totzeit der Hubmagnetanordnung 20 praktisch keine Rolle.
Die zu erwartende Totzeit ist daher äußerst kurz.
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Bei der Anordnung gemäß 2 ist der zur Bildung der
dem Einlassventil 10 zugeordneten Betätigungseinrichtung vorgesehene,
doppelt wirkende Linearmotor ebenfalls als elektrisches Aggregat
ausgebildet. Hierzu ist bei der Anordnung gemäß 2 ein in an sich bekannter Weise einen
Stator 23a und einen Rotor 23b enthaltender Elektromotor 24 vorgesehen,
dessen rotierbare Welle gleichzeitig in axialer Richtung verschiebbar
ist.
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Der aus dem Anschlussstutzen 14 herausragende
Bereich der Ventilspindel 19 des Einlassventils 10 ist
hier als mit dem Rotor des Elektromotors 24 drehschlüssig und
in axialer Richtung verschiebbar verbundene Motorwelle ausgebildet.
Das dem Ventilteller des Einlassventils 10 gegenüberliegende
Ende der als Motorwelle des Elektromotors 24 ausgebildeten
Ventilspindel 19 ragt aus dem Elektromotor 24 heraus
und ist als Gewindeabschnitt 25 ausgebildet, der mit einem
festen Gegengewinde 26 zusammenwirkt. Hierdurch wird die
mittels des Elektromotors 24 erzeugbare Drehbewegung der
die Motorwelle bildenden Ventilspindel 19 in eine axiale
Hubbewegung umgesetzt. Die Drehbewegung der Ventilspindel 19 und
damit des ganzen Einlassventils 10 führt in vorteilhafter Weise
auch zu einer ausgezeichneten Selbstreinigung der Ventilflächen, was
einen sauberen Dichtsitz gewährleistet.
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Der Stator 23a des Elektromotors 24 ist über die
Stromversorgungs-Leitungen 22 mit
einer Stromquelle verbunden, bei der es sich um das allgemeine Stromnetz
handeln kann. Die Leitungen 22 führen über die Steuereinrichtung 16,
durch die die Strombeaufschlagung des Elektromotors 24 aktivierbar und
die Stromrichtung umpolbar ist, wie durch die Vorzeichen + ( – ) bzw. – ( + )
angedeutet ist. Die Umpolung führt
zu einer Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 24 und damit
zu einer Bewegungsrichtungsumkehr des Einlassventils 10.
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Bei der nachstehend erläuterten
Anordnung gemäß 3 ist der die dem Einlassventil 10 zugeordnete
Betätigungseinrichtung
bildende, doppelt wirkende Linearmotor als Hubzylinderanordnung 28 ausgebildet
die einen doppeltwirkenden Kolben 29 enthält, der
eine bewegliche Begrenzung von zwei einander gegenüberliegenden
Druckkammern 30 bildet. Der aus dem Anschlussstutzen 14 herausragende
Bereich der Ventilspindel 19 des der Anlassluft-Einlassöffnung 11 zugeordneten
Einlassventils 10 ist als mit dem doppeltwirkenden Kolben 29 verbundene
Kolbenstange ausgebildet und bildet dementsprechend ein Organ der
Hubzylinderanordnung 28. Die genannte Kolbenstange kann
am Kolben 29 enden. Im dargestellten Beispiel ist die Kolbenstange durch
beide kolbenparallele Stirnwände
der Druckkammern 30 durchgeführt, so dass beim Verschieben
des Kolbens 29 die Volumenverkleinerung der einen Druckkammer 30 der
Volumenvergrößerung der anderen
Druckkammer 30 exakt entspricht und umgekehrt.
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Das Hubzylinderaggregat 28 ist
hier als Hydraulikaggregat ausgebildet, dessen Druckkammern 30 zum
Verschieben des Kolbens 29 mit einem durch einen geeigneten
Druck vorgespannten Hydraulikmedium beaufschlagbar sind. Hierzu
sind eine von einer hydraulischen Druckmittelquelle 31 abgehende,
hydraulische Versorgungsleitung 32 und eine drucklose Rücklaufleitung 33 vorgesehen,
die mittels eines Schiebers 34 alternativ mit dem Eingang 35 jeweils
einer Druckkammer 30 verbindbar sind. Der Schieber 34 besitzt
hierzu zwei Schieberstellungen und vier Anschlüsse und. ist dementsprechend
als 4/2 – Wegeventil
ausgebildet. Dieses ist hier an den Zylinder der Hubzylinderanordnung 28 direkt
angebaut, so dass sich zwischen Schieber 34 und den Druckkammern 30 besonders
kurze Wege ergeben. Um dies sicherzustellen, ist der Schieber 34 in
jedem Fall hubzylindernah angeordnet.
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Das den Schieber 34 bildende
4/2 – Wegeventil
ist als elektromagnetischer Steuerschieber ausgebildet, dessen hier
vorgesehene eine Spule 36 durch die über die Steuereinrichtung 16 führenden Stromversorgungsleitungen 22 mit
einer Stromquelle, hier mit einer Gleichstromquelle, verbindbar
sind. Bei den Stromversorgungsleitungen 22 handelt es sich
hier nicht um dem Hubzylinderaggregat 28 zugeordnete Betriebs-Energieversorgungsleitungen,
sondern um Steuerstromleitungen. Infolge der hubzylindernahen Anordnung
des Schiebers 34 kommt aber auch hier die kurze Reaktionszeit
von elektrischem Strom vorteilhaft zum Tragen. Der in den durch
die Leitungen 22 gebildeten Steuerleitungen fließende Steuerstrom
ist mittels der Steuereinrichtung 16 umpolbar, wodurch
das verschiebbare Element des Schiebers 34 von der einen
Endstellung in die andere verschoben wird und damit die Druckbeaufschlagung bzw.
Entlastung der Druckkammern 30 umgedreht wird.
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Es wäre auch denkbar, den Schieber 34 mit einer
an seinem bewegbaren Element angreifenden Rückstellfeder zu versehen. In
diesem Fall müsste die
Strombeaufschlagung der Spule 36 nicht umgepolt, sondern
nur anund abgeschaltet werden. Es wäre aber möglich zwei alternativ oder
gegenläufig erregbare
Spulen vorzusehen, durch die das bewegbare Element des Schiebers 34 gegenläufig verschiebbar
ist. In diesem Fall sind jeder Spule über die Steuereinrichtung führende Stromversorgungsleitungen 22 zugeordnet.
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In manchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein,
dem der Anlassluft-Einlassöffnung 11 zugeordneten
Einlassventil. 10 eine die Öffnungsstellung begrenzende
Anschlageinrichtung zuzuordnen, wie in 1 durch einen Anschlagflansch 37 angedeutet ist.
Ebenso wäre
es denkbar, dem Einlassventil 10 eine die Schließbewegung
des die Betätigungseinrichtung
bildenden, doppeltwirkenden Linearmotors unterstützende Schließfeder zuzuordnen.
Diese kann dann aber sehr leicht dimensioniert sein, so dass hiervon
keine nennenswerte Verzögerungswirkung
ausgeht.