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Verbrennungskraftmaschine mit einer auch zum Anlassen mittels Druckluft
dienenden Spülpumpe. Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungskraftmaschinen mit
auch zum Anlassen mittels Druckluft bestimmter Spülpumpe, und zwar besonders auf
Maschinen derjenigen Art, bei der ein Spülpumpenzylinder eine erweiterte achsiale
Fortsetzung des Arbeitszylinders bildet und in beiden ein Stufenkolben arbeitet.
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Gemäß der Erfindung wird beim Anlassen der Eintritt der Druckluft
in den Spülluftzylinder durch ein Ventil gesteuert, das durch den Druck der Luft
in eine Stellung gebracht wird, in der es die Verbindung mit dem Arbeitszylinder
absperrt und die Druckluft in den Spülluftzylinder einläßt. Tritt jedoch am Ende
des Auswärtshubes seines Kolbens der Spülluftzylinder mit der Außenluft in Verbindung,
so kehrt das erwähnte Ventil, da der auf ihm lastende Luftdruck auf Atmosphärendruck
sinkt, in seine Anfangsstellung zurück, in der es die Verbindung mit dem Arbeitszylinder
freigibt, so daß beim Einwärtshube der Spülluftkolben seine Spülwirkung ebenso wie
beim normalen Betriebe ausübt.
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Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt in schaubildlicher Darstellung einen Zweizylindermotor,
wobei im Interesse der Übersichtlichkeit einzelne Teile im Schnitt dargestellt,
andere weggebrochen sind.
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Abb. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch einen der Zylinder.
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Abb. 3 veranschaulicht in größerem Maßstäbe einen durch den oberen
Teil eines der Zylinder rechtwinklig zu dem Schnitt der Abb.2 gelegten senkrechten
Schnitt.
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Abb. 4 ist eine Seitenansicht eines Teiles der Maschine mit geschnittenem
Ventilmechanismus.
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Abb.5 zeigt in größerem Maßstäbe einen senkrechten Schnitt durch den
Ventilmechanismus.
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Abb. 6 zeigt in Seitenansicht ebenfalls in vergrößertem Maßstabe,
teilweise im Schnitt, die Handsteuerung und läßt einzelne der Verbindungen dieser
Steuerung mit anderen Teilen der Maschine erkennen. Abb. 7 ist ein senkrechter Schnitt
nach der Linie 6-6 der Abb. 6.
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Abb.8 ist eine schaubildliche Darstellung einer unabhängig von der
Haupthandsteuerung zu bedienenden Hilfssteuervorrichtung für die Auslaßluftventile.
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Den Zeichnungen ist ein im Zweitakt arbeitender umsteuerbarer Zweizylindermotor
zugrunde gelegt. Die Erfindung kann aber natürlich auch bei einer nicht umsteuerbaren
Maschine Anwendung finden, die mehr oder weniger Zylinder besitzt.
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Nach der Zeichnung trägt der Fundamentrahmen = der Maschine zwei stufenförmig
ausgebildete Motorzylinder. Die kleinere Bohrung 3 (Abb.2 und 3) bildet den Arbeitszylinder,
während die größere Bohrung 4 den gemeinsamen Zylinder für die Spülluft und für
die zum Anlassen dienende Druckluft darstellt. In diese beiden Zylinder ist ein
Stufenkolben eingepaßt, dessen Teile 5 und 6 im Durchmesser den Bobrungen 3 und
4entsprechen. Die Stange 7 der Kolben ist in üblicher Weise mit der Kurbel 8 der
Motorwelle 9 verbunden.
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Jeder Arbeitszylinder 3 hat in . den Seitenwandungen Auspufföffnungen
911 und Einlaßöffnungen io, die durch den Kolben 5 gesteuert werden. Jeder Spülluftzylinder
4 weist durch den Kolben 6 gesteuerte Schlitze r4 auf, die zum Ansaugen der Spülluft
im normalen Betriebe und als Auslaßkanäle für die Anlaßluft dienen, wenn der Motor
mittels Druckluft angelassen wird.
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Jeder Arbeitszylinder ist ferner mit einer ringförmig angeordneten
Druckluftkammer 12 ausgerüstet (Abb.2 und 3), die mit einem Ventilgehäuse
13 in Verbindung steht, innerhalb dessen ein durch Druckluft betätigter Ventilmechanismus
angeordnet ist. Die Luftkammer 12 steht durch die Kanäle io mit dem unteren Ende
des Arbeitszylinders 3 in Verbindung. Die Kanäle io werden freigelegt, wenn der
Kolben 5 in seiner untersten Stellung sich befindet, um zwecks Ausspülung des Zylinders
die Druckluft aus der Kammerrain den Arbeitszylinder zu lassen. Hat die Maschine
zwei
oder mehr Zylinder, so werden die Luftkammern I2 zweier benachbarter
Zylinder zweckmäßig durch einen Stutzen I2a (Abb. 2) miteinander verbunden. Die
Kammer I2 steht mit dem oberen Ende des Spülluftzylinders 4 durch einen Kanal I5
(Abb.3) in Verbindung, der durch ein innerhalb des Ventilgehäuses I3 untergebrachtes
mittels Druckluft betätigtes Doppelventil überwacht wird. Dieses weist ein Auslaßventil
I6 auf, das sich bei jedem Aufwärtshub des Kolbens 6 unter dem auf seine Unterseite
wirkenden Luftdruck hebt, um eine Ladung Spülluft unter Druck in die Kammer I2 zu
lassen, und das, sobald der Kolben seinen Abwärtshub beginnt, sich unter dem Einfluß
seiner Belastungsfeder 28 wieder schließt. Die Spülluft tritt aus der Luftkammer
I2 durch die Öffnungen Io in den Arbeitszylinder 3 ein, sobald die Öffnungen durch
den Kolben 5 freigegeben werden. Dabei werden die Abgase aus dem Zylinder durch
die Auspufföffnungen 9a ausgetrieben und der Zylinder ausgespült. Dies ist die Wirkungsweise
des Ventils unter normalen Arbeitsbedingungen, d. h. wenn der Motor mit eigener
Kraft läuft.
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Bei einem Motor mit zwei oder mehr Zylindern und einer für je zwei
Zylinder gemeinsamen Ringkammer I2 spült jeweils die von einem Stufenkolben gelieferte
Spülluft den benachbarten Arbeitszylinder aus, weil stets der eine Arbeitskolben
abwärts geht, während der benachbarte Spülluftkolben Druckluft in den Ringraum I2
liefert.
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Mit jedem Zylinder des Motors ist ein durch Druckmitteldruck betätigter
Ventilmechanismus verbunden, der es ermöglicht, die Spülluftpumpe in an sich bekannter
Weise als Druckluftmotor zum Anlassen der Maschine zu benutzen. Als Druckluftquelle
kann hierfür gemäß Abb. x beispielsweise ein Kompressor I7 oder ein Druckluftbehälter
I7a Verwendung finden. Der Kolbenteil 6 übt auch hierbei seine normale Wirkung aus,
durch das Ventil I6 bei der Einwärtsbewegung verdichtete Luft zu liefern. In dem
hier gegebenen Falle eines äumsteuerbaren Motors wird durch den Ventilmechanismus
Druckluft nicht nur für das Anlassen, sondern auch für die Umsteuerung den Spülluftpumpen
zugeführt.
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Das Ventil I6 besitzt eine ringförmige, mit einem Sitz 24 der Buchse
26 zusammenwirkende Sitzfläche I9. Die Buchse 26 ist mit einem Kranz von Öffnungen
27 versehen, die in den Kanal I5 führen und auf diese Weise eine Verbindung zwischen
dem Gehäuse I3 und dem Spülpumpenzylinder 4 herstellen. Unterhalb des Ventils I6
und mit diesem beispielsweise durch einen Schaft 2I verbunden ist ebenfalls innerhalb
der Ventilkammer ein Kolbenventil 22 angeordnet, dessen obere Kante als ringförmige
Sitzfläche 2o ausgebildet ist, die mit einer Sitzfläche 25 der Buchse 26 zusammenwirkt
(Abb. 5). Das untere Ende des Kolbenventils 22 ragt in einen Kanal 23 hinein, wo
es unter dem Einfluß der Druckluft steht, die aus der erwähnten Druckluftquelle
entnommen wird. Unter der Einwirkung der Druckluft hebt sich das Ventil periodisch
so weit, daß die Fläche 2o mit der Sitzfläche 25 der Buchse 26 in Berührung kommt,
wodurch die Verbindung zwischen dem Kanal I5 und der Druckluftkammer I2 abgeschlossen
wird, wenn der Motor mittels Druckluft angelassen wird. Läuft der Motor aus eigener
Kraft, so wird das Ventil I6 unter der Einwirkung der beim Aufwärtsgange des Kolbens
aus dem Spülluftzylinder 6 kommenden verdichteten Luft so weit von seinem Sitz abgehoben,
daß die verdichtete Luft durch die Öffnungen 27 in die Druckluftkammer 12 eintreten
kann. Die Luft kann, da das Kolbenventil ?,2 geschlossen ist, nicht nach unten in
den Kanal 23 treten. Soll der Motor mittels Druckluft angelassen werden, so wird
die Druckluft in den Kanal 23 eingelassen,- wo sie auf den Ventilkolben 22 einwirkt
und ihn anhebt, so daß die Fläche 22 des `Ventilkolbens sich gegen den Sitz 25 legt
und dadurch, den zur Druckluftkammer 12 führenden Durchgang schließt, während der
Luft der Durchgang unterhalb des Kolbenventils 22 durch die Öffnungen 27 und den
Kanal 15 in den oberhalb des Kolbens 6 liegenden Teil des Spülluftzylinders 4 freigegeben
wird, so daß sie den Kolben nach außen treibt und die Kurbelwelle 6 in Umdrehung
versetzt. Die Druckluft bleibt in der Kammer 12 unter Druck, bis der Kolbenteil
s auf seinem Abwärtsgang die Öffnungen 1o freilegt, worauf die Luft aus der Kammer
12 in den Arbeitszylinder 3 einströmt, um diesen auszuspülen.
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Um eine Ladung Druckluft in den Kanal 23 unterhalb des Ventils 22
beim Ingangsetzen der Maschine mittels Druckluft einlassen zu können, ist bei umsteuerbaren
Maschinen das Ventilgehäuse 13 mit zwei Drucklufteinlaßrohren 29 und 3o (Abb. 1)
versehen, die von Leitungen 29a bzw. 3oa bzweigen. Diese Leitungen führen in eine
Ventilkammer 31 (Abb. _, 4, 6 und 7). Die Leitung 29a mit ihren zu den Ventilgehäusen
13 der verschiedenen Motorzylinder führenden Einlaßabzweigungen 29 dient zur Lieferung
von Druckluft beim Anlassen der Maschine für Vorwärtsgang, während die Leitung.3oa
mit ihren Abzweigungen 3o Druckluft zum Anlassen der Maschine beim Rückwärtsgang
liefert. Natürlich werden die beiden Leitungen mit ihren Abzweigungen nur bei umsteuerbaren
Maschinere gebraucht; bei nicht umsteuerbaren Maschinen ist nur eine solche Leitung
nötig. Die Einlaßrohre 29 und 3o führen je zu einer Ventilkammer 32, von denen je
zwei in jedem Ventilgehäuse 13 vorgesehen
sind. Die Ventilkammern
liegen gegenüber den Ventilen 22 (Abb. I und 5), und jede Kammer steht mit dem Querkanal
23 in Verbindung, der an seinen entgegengesetzten Enden durch die Öffnungen 33 in
die Kammern 32 mündet. Innerhalb jeder Ventilkammer 32 sind zwei entgegengesetzt
gerichtete Sitzflächen 34 und 34a vorgesehen, mit denen ein doppelsitziges Steuerventil35
zusammenwirkt, dessen Sitzfläche 35' mit dem Sitz 34a in Eingriff kommen
kann, während der untere Sitzrand des Ventils 35 für gewöhnlich auf der Sitzfläche
34 aufruht. Das Ventil 35 sitzt an einer in senkrechter Richtung beweglichen
Ventilspindel 36, die in einer Büchse 37 spielt und die am oberen Ende mit einer
Rolle 38 versehen ist (Abb. 5). Diese Rolle liegt für gewöhnlich außerhalb des Bewegungsbereichs
eines von zwei auf der Nockenwelle 4o der Maschine sitzenden Nocken 39. Die Rollen
können aber mit den genannten Nocken in Eingriff treten, wenn die Ventilspindeln
36 durch die Anlaßluft angehoben werden, die durch eine der Leitungen 29a oder 3oa
und ihre Verbindungen 29 bzw. 3o in die die Ventile 35 enthaltenden Kammern 32 eintritt.
Einer der Nocken 39, der mit »Vorwärtsnocken« bezeichnet werden mag, ist derart
in bezug auf die Stellung der Kurbel 8 der Motorwelle 9 angeordnet, daß er die Maschine
vorwärts steuert, während der andere, im nachstehenden mit »Rückwärtsnocken« bezeichnete
Nocken in bezug auf den Vorwärtsnocken und seine Kurbel so angeordnet ist, daß er
die Maschine rückwärts steuert. Es ist ersichtlich, daß bei einer umsteuerbaren
Maschine ein Vorwärtsnocken und ein Rückwärtsnocken zu jedem Zylinder gehört und
daß dementsprechend ein Vorwärtsventil und ein entsprechendes Rückwärtsventil 35
vorgesehen ist, die mit den entsprechenden Nocken jedes Zylinders zusammenwirken,
wobei der eine oder der andere Ventilsatz in Wirksamkeit gebracht wird, je nachdem
die Maschine vorwärts oder rückwärts angelassen wird. Bei einer nicht umsteuerbaren
Maschine ist natürlich nur ein Ventil 35 und ein Nocken 39 für jeden Zylinder vorgesehen.
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Die Steuerventile 35, die auf einer Seite der Ventile 22 im Ventilgehäuse
I3 angeordnet sind, und die im nachstehenden mit »Vorwärtssatz« bezeichnet werden
mögen, werden benutzt, um die Druckluft nacheinander in die Kanäle 23 der aufeinanderfolgenden
Gehäuse I3 und von hier zu den Pumpenzylindern 4 zu führen, wenn die Maschine beim
Anlassen mittels Druckluft in der einen Richtung, beispielsweise vorwärts, angelassen
werden soll, während die anderen Ventile 35, die auf der gegenüberliegenden Seite
der Ventile 22 liegen und mit »Rückwärtssatz « bezeichnet werden mögen, für den
gleichen Zweck benutzt werden, wenn die Maschine rückwärts laufen soll. Sämtliche
Ventile der beiden erwähnten Ventilsätze werden unter der Einwirkung der durch die
Leitung 29a bzw. 3oa tretenden Druckluft von den unteren Sitzen 34 abgehoben und
gegen die oberen Sitze 34a gepreßt, je nach der Stellung der nachstehend beschriebenen
von Hand zu bedienenden Steuerung. Wenn die Ventile 35 des einen Satzes angehoben
werden, werden die des anderen Satzes durch ihr Eigengewicht sowie durch Wirkung
des auf ihnen lastenden Luftdruckes auf ihren Sitzen gehalten, so daß die Luft nicht
aus einer der Leitungen 29a, 39a in die andere übertreten kann.
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Als Handsteuerorgan dient ein auf einer Welle 42 befestigter Arm 41
(Abb. 4, 6, 7), der mit einem Handgriff 43 und einer Sperrklinke 44 versehen ist,
die mit einer Reihe von Kerben 45 auf dem Umfange einer Zeigerscheibe 46 zusammenwirkt.
Die Kerben bestimmen die Stellungen, in die der Steuerhebel zu bringen ist, um erstens
Druckluft der Anlaßpumpe und dann Brennstoff in veränderlicher Menge dem Arbeitszylinder
zuzuführen. Bei Bewegung des Hebels in der einen Richtung, beispielsweise nach rechts,
läuft die Maschine vorwärts, während sie bei Bewegung des Hebels nach links rückwärts
geht.
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Wie bereits erwähnt, gehen die Druckluftleitungen 29a und 39a von
einem Ventilgehäuse 31: aus. Dieses liegt unmittelbar über der Welle 42 des Steuerhebels
und ist durch Trennwände in drei Kammern geteilt, von denen die Kammern 29b und
3o6 mit den Leitungen 29a bzw. 304 verbunden sind, während die darüber liegende
dritte Kammer 47 mit den Kammern 29b und 39b durch von Ventilen 5o überwachte Öffnungen
48 in Verbindung steht. Die Druckluft wird der Kammer 47 durch eine Leitung 49 zugeführt,
die von einer geeigneten Druckluftquelle, beispielsweise dem mit der Maschine verbundenen
Kompressor =7, oder einem Druck luftbehälter x7a ausgeht.
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Jedes Abschlußventil 5o sitzt auf einer@Spindel 51, die in einer Büchse
53 geführt ist, und am unteren Ende eine Rolle 52 trägt. Die Ventile 50 werden
für gewöhnlich durch Scbraubenfedern 54 gegen ihre Sitze gepreßt, die gleichzeitig
dazu dienen, die Rollen 52 in den Bereich von auf der Welle 42 angeordneten Nocken
55 zu bringen. Die Anordnung ist eine solche, daß beispielsweise bei Bewegung des
Steuerhebels nach rechts bis zum Eingriff der Sperrklinke in die erste Kerbe 45
der rechten Seite der Zeigerscheibe der eine Nocken 55 (Abb. 6 links) das zugehörige
Ventil 5o anhebt, um eine Ladung Druckluft durch die Kammer 29b in die Leitung 29a
zu lassen. Die Druckluft wirkt dann sofort auf denjenigen Satz der Vorwärtsventile
35 ein, der oberhalb der Abzweigungen 29 im Ventilgehäuse =3 liegt und bewirkt,
daß
diese Ventile von ihren Sitzen 34 abgehoben werden. Handelt
es sich, wie im vorliegenden Falle, um eine Zweizylindermaschine, so kann eins der
Vorwärtsventile sich auf seinen Sitz 34a aufsetzen, weil der Nocken der zugehörigen
Vorwärtsnockenscheibe 39 so steht, daß die Rolle 38 der betreffenden Ventilspindel
nicht darauf trifft. Das andere Vorwärtsventil 35, das zu dem benachbarten Maschinenzylinder
gehört, wird dagegen offengehalten, da seine Rolle 38 seiner Spindel sich, auf den
Nocken der anderen Vorwärtsnockenscheibe 39 aufsetzt. Infolgedessen kann Druckluft
durch das Ventil 35 in den Kanal 23 treten, wo sie das Ventil 22 anhebt,
um als Treibmittel in den Zylinder 4 zugelangen, wie bereits oben erläutert. Sobald
sich der Nocken der Vorwärtsnockenscheibe 39, die zu dem offengehaltenen Ventil
gehört, so weit bewegt hat, daß die Sitzfläche 35a dieses Ventils sich unter der
Einwirkung des auf dem Ventil lastenden Luftdruckes gegen seinen Sitz 34a legen
kann, wird der Zugang zum Kanal 23 abgeschnitten. Das Ventil 22 bleibt dagegen auf
seinem Sitz 25, bis die Druckluft in dem Zylinder 4 durch die Öffnungen I4 ausgetreten
und damit die Spannung auf Atmosphärendruck gefallen ist. Daraufhin fällt das Ventil
22 sofort in seine Normalstellung zurück, so daß der Kolben 6 beim Rückgange seine
regelrechte Spülluftladung durch das Ventil I6 in die Kammer I2 treiben kann. Hat
die Maschine mehr als einen Zylinder und kann die Anlaßluft nicht in den Kanal 23
des ersten Zylinders eintreten, weil der Nocken 39 dem Ventil das Aufsetzen
auf die Sitzfläche 34a ermöglicht, so strömt die Luft durch die Leitung 29a zu dem
Vorwärtsventil 35 eines der anderen Zylinder, das durch seine Nockenscheibe
39 offengehalten ist, und die Maschine wird von diesem Zylinder aus angelassen.
Da mit der Motorwelle g auch die mit ihr durch ein Getriebe IIg, I2o in Verbindung
stehende Nockenwelle in Drehung gerät, wird die Anlaßluft also nacheinander den
einzelnen Zylindern zugeführt, da die Nocken auf der Welle 4o dieselbe relative
Lage zu den einzelnen Kurbeln und dementsprechend zueinander einnehmen. Diese Wirkung
dauert so lange, wie der Steuerhebel in seiner der ersten Kerbe der Zeigerscheibe
entsprechenden Stellung, der Druckluftanlaßstellung, verbleibt. Ist die Maschine
genügend in Schwung gekommen, so wird der Steuerhebel in die durch die nächste Kerbe
gegebene Stellung, die erste Brennstoffzufuhrstellung, gebracht, in der der Brennstoff
nacheinander den Arbeitszylindern 3 zugeführt wird, worauf der Motcr mit eigener
Kraft weiterläuft. Sobald der Steuerhebel aus der Druckluftanlaßstellung in die
erste Brennstoffzufuhrstellung verschoben ist, bewegt sich der Nocken 55 von der
Rolle 52 de Ventilspindel 5I fort, so daß das Ventil 5o sich auf seinen Sitz setzen
kann. Dadurch wird der Druckluftzutritt abgeschnitten, und die Ventile 35, 22 und
I6 nehmen sofort ihre normale Stellung wieder ein. Es versteht sich, daß die Ventile
I6 sich dann während jedes Kompressionshubes der Kolben 6 anheben, um Spülluft aus
den Spülluftzylindern durch die Kanäle I5 in die Druckluftkammern I2 und von hier
in die Arbeitszylinder zu lassen, sobald die Öffnungen Io durch die Kolben 5 freigegeben
sind.
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Beim Anlassen der Maschine mittels Druckluft findet keine Lieferung
von Brennstoff in die Arbeitszylinder statt, da die erstmalige Bewegung des Steuerhebels
in bezug auf die Organe zum Antrieb der Einspritzventile und der Brennstoffpumpen
6I mit totem Gang vor sich geht.
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Bei Bewegung des Steuerhebels in der entgegengesetzten Richtung, d.
h. nach links, treten dieselben Vorgänge auf wie eben beschrieben, nur daß die Maschine
rückwärts angetrieben wird.
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In Abb. 8 ist noch ein von Hand zu betätigender Hilfsanlasser dargestellt,
der unabhängig von der Hauptsteuerung 4I wirkt. Dieser Hilfsanlasser besitzt eine
Handkurbel I5o auf einer in der Nähe des Ventilgehäuses 31 gelagerten Welle 151,
die ein in eine Zahnstange 153 eingreifendes Zahnrad r52 trägt. Die Zahnstange
ist mit ihrem unteren Ende an einem auf der Welle 155 sitzenden Kurbelarm 154 angelenkt.
Die Welle 155 liegt zwischen den Spindeln 51: der Ventile 5o und trägt an ihrem
äußeren Ende zwei Hubdaumen 156, deren einer oder anderer angehoben wird,
je nach der Richtung der Bewegung des Kurbelarmes 150. Die Spindeln 51 sind je mit
binem vorstehenden Stift 157 versehen. Die Stifte greifen über die Hubdaumen 156,
so daß bei einer Drehbewegung der Handkurbel iSo, die durch das Zahngetriebe auf
die Welle 155 übertragen wird, je nach der Richtung dieser Drehbewegung das
eine oder andere der Ventile 5o angehoben wird, wodurch die Maschine in der oben
beschriebenen Weise angelassen wird.
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Diese Hilfsanlaßvorrichtung ist unabhängig von der Hauptsteuervorrichtung
4i. Infolgedessen kann man mit ihrer Hilfe die Spülluftpumpe auch dann als Druckluftmotor
betreiben, wenn mittels der Steuerung 41 der Motor auf Brennstoffbetrieb eingestellt
ist, um so die Leistung der Maschine vorübergehend zu erhöhen. Die Beeinflussung
der Spülluftkolben durch Druckluft kann ferner dazu benutzt werden, um die lebendige
Kraft der Maschine bzw. eines Zuges oder einer von einem Krane gesenkten Last aufzunehmen,
uxn die Wirkung des Wassers auf die Propeller eines Wasserfahrzeuges auszugleichen
u. dgl. mehr. Im Falle der Aufnahme lebendiger Kraft kann
man die
erzeugte Druckluft in dem Anlaßdruckluftbehälter I7a aufspeichern.
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Bei Zweizylindermaschinen kann die Hilfsluftsteuerung benutzt werden,
um die Kurbeln in einer solchen Stellung festzuhalten, daß eine Umsteuerung bequem
möglich ist, oder die Maschine über die Totpunktstellung hinauszubringen.