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Ventileinrichtung für Brennkraftmaschinen nach Art der Dieselmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen nach Art der Dieselmaschinen,
mit mehrstufiger Kompression der Verbrennungsluft und mehrstufiger Dehnung der Verbrennungsgase.
Die Verbundwirkung ermöglicht leichteren und billigeren Bau und Betrieb, und zwar
derart, daß zwei- bis dreimal soviel Pferdestärken auf die Brennstoffeinheit erzielt
werden als bei einstufigen Dieselmaschinen.
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Man hat bereits bei verschiedenen Arten von Brennkraftmaschinen Verbundanordnungen
vorgeschlagen. Die Versuche sind aber anfangs fehlgeschlagen, wohl zum größten Teil
deshalb, weil man den großen Unterschied zwischen den Grundsätzen für eine Mehrfach
- Expansions - Brennkraftmaschine und denjenigen für eine Mehrfach-Expansions-Dampfmaschine
nicht beachtete, vielmehr nur den bestehenden Maschinenarten einen Niederdruckzylinder
anfügte. Wenn man bedenkt, daß der Inhalt des üblichen schädlichen Raumes lediglich
genügt, um den erforderlichen Druck im Hochdruck-Verbrennungszylinder zu erreichen,
ist klar, warum jene Versuche fehlschlagen mußten: Neuere Anordnungen befriedigen
mehr, doch fehlt es an einer einwandfreien, gut gekühlten Ventilanordnung zur Steuerung
der Lufteinströmung und der Überströmung der Verbrennungsgase vom Hoch- zum Niederdruckzylinder.
Die Temperatur dieser Gase ist außergewöhnlich hoch und erreicht etwa iioo° C, so
daß es wichtig ist, daß die Ventile zuverlässig und so ausgestaltet sind, daß die
Gefahr einer Beschädigung durch jene hohen Temperaturen auf das erreichbare Mindestmaß
herabgedrückt wird. Man hat bereits ein Eintrittsventil zum Steuern des Lufteinlasses
und ein konzentrisch darunter angeordnetes Überströmventil vorgeschlagen. Demgegenüber
kennzeichnet sich die Erfindung wesentlich dadurch, daß die einströmende vorgepreßte
Luft zwischen der inneren Fläche des äußeren rohrförmigen Ventils und der äußeren
Fläche oder der Stange des inneren Ventils durch Kanäle geleitet wird, damit die
Vergrößerung der Kühlflächen eine Überhitzung der von den heißen Verbrennungsgasen
bestrichenen Ventilteile verhütet.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus Beschreibung und Ansprüchen.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es sind: Abb. i Grundriß einer Maschine mit Ventilen gemäß der Erfindung, Abb. a
senkrechter Schnitt nach 2-a der Abb. i, Abb.3 senkrechter Schnitt durch die Ventileinrichtung,
Abb. q. Schnitt durch die Ventilstange des Überströmventils in größerem Ma,Listabe,
Abb. 5 Ansicht des Antriebs für die Ventile.
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Es ist eine Maschine mit zwei Hochdruck-oder Verbrennungszylindern
i und z dargestellt, die zu beiden Seiten des großen Niederdruckzylinders 3 liegen
(Abb. i und z), wodurch eine symmetrische Anordnung gewonnen
wird.
Die Überströmkanäle 23 und 24 zwischen jedem Verbrennungszylinder und dem Niederdruckzylinder
dienen als Verdichtungsräume für die Hochdruckkolben.
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Zwischen den Hochdruckzylindern und dem Niederdruckzylinder ist die
Ventileinrichtung gemäß der Erfindung angeordnet. Hierzu gehören ein Überströmventil25
und ein Einlaßventil 34 (Abb. 3) ; die beiden Ventile bilden ein konzentrisches
Doppelventil. Das Ventil 25 ist mit einer verhältnismäßig langen, hohlen Stange
26 versehen, die sich bis zum Deckel des Gehäuses 27 erstreckt. Diese Stange besitzt
am oberen Ende einen mit Flanschen 30 und 30' versehenen Teil 28. Die Flanschen
30 und 3o' des Teiles 28 werden von einem Hebel29 (Abb. 3 und 5) erfaßt.
Dieser Hebel ist bei 31 an einem festen Lagerbock 3r' drehbar angeordnet, um durch
einen Nocken 32 der Nockenwelle 33 gesteuert zu werden. Die Ventilstange 26 wird
von einem auf dem Ventil 25 aufsitzenden rohrförmigen Einlaßv entil 34 umschlossen.
Das Ventil 34 sitzt kolbenartig bei 36 und 37 in dem Ventilgehäuse 27. Zwischen
dem einen Flansch 38 am oberen Ende des Ventils 34 und dem Deckel des Gehäuses 27
liegt eine Feder 39, die dazu dient, das Ventil 34 auf seinen Sitz 4o auf der Oberseite
des Ventils 25 zu drücken. Außer oder an Stelle der Feder 39 kann auch Preßluft
oder ein anderes Druckmittel für diesen Zweck verwendet werden, der Flansch 38 ist
daher zweckmäßig so genau in das Gehäuse 27 eingepaßt, daß er wie ein Kolben wirkt.
Die Preßluft kann durch ein Rohr 27' in das Ventilgehäuse einreieitet werden. Hierdurch
wird, wie ersichtlich, auch das Ventü_:25 so lange wie das Ventil 34 geschlossen
gehalten. Um zu erreichen, daß das Ventil 2,5 auch geschlossen bleibt, wenn
sich das Ventil 34 öffngt, ist ein Hebel 41 bei 42 durch einen Lenker 43 mit dem
Hebel 29 verbunden (Abb. 5). Hebel 41 iaßt den Flansch 38 und wird durch den Nocken
44 der Nockenwelle 33 zum Anheben des Ventils 34 bewegt. Wenn das Ventil 34 offen
ist, wird daher der auf den Hebel 41 durch die Feder 39 ausgeübte Druck durch Lenker
43 und Hebel 29 auf das Ventil 25 derart übertragen, daß das letztere geschlossen
bleibt. Der Hebel 41 wird durch den Lenker 43 gehoben, wenn Hebel 29 emporgeht;
er ist aber dann außer Berührung mit dem Flansch 38 und beeinflußt daher nicht das
Ventil 34, so daß es auch nicht vom Sitz auf dem Ventil25 abgehoben wird.
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Die Kammer 45 im Gehäuse 27 wird durch das Rohr 46 von der Pumpe 47
aus mit gepreßter Luft gefüllt. Wird das Ventil 34 geöffnet, so strömt die Einlaßluft
durch die große Oberflächen. darbietenden Kühlkatnäle .+8 der Ventilstange 26 und
über dem Ventilteller 25 abwärts, ebenso durch die Führungen 49 in der Muffe 36
und von dort durch den Kanal 2-3 oder 24 in die Verbrennungszylinder. Die
Kanäle 48 werden durch Rippen oder wellenförmige Gestaltung der Oberfläche der Ventilstange
gebildet; auch die obere Seite des Ventiltellers ist mit entsprechenden Kanälen
versehen.
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Nach der Verbrennung und Expansion der Gase in den Verbrennungszylindern
öffnen sich die Ventile 25 und ermöglichen den Gasen, von den Verbrennungszylindern
aus beim Rückgang der Kolben in den Niederdruckzylinder überzutreten. . Das Vorbeistreichen
der heißen Gase unter dem Ventil 25 erhitzt natürlich die untere Fläche sehr stark.
Aus diesem Grunde sind wirksame Kühlmaßnahmen vorgesehen; die Einlaßluft wird unmittelbar
über und um das überströmventil herumgeleitet. Dadurch, daß die Wärme des Überströmventils
durch die Einlaßluft aufgenommen wird, erhöht sich zugleich der Wirkungsgrad der
Maschine. Die Kanäle 48 stehen oben wie unten mit den Führungen 49 in Verbindung,
so daß, sogar wenn beide Ventile geschlossen sind, ein Luftumlauf stattfindet, indem
die erhitzte Luft über dem Ventil 25 längs der Ventilstange 26 durch die Kanäle
48 aufsteigt, während die kühlere Luft durch die Führungen 49 heruntersinkt.
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Ein weiteres Mittel zur Kühlung-der Ventile besteht darin, daß die
hohle Ventilstange innerhalb des Ventiles selbst mit einer ringförmigen Ausbuchtung
50 versehen ist, in der sich in bekannter Weise eine geringe Menge einer
Flüssigkeit von hoher latenter Wärme befindet. Ouecksilber erscheint für diesen
Zweck vorteilhaft. Auf diese Weise wird eine sehr wirksame Wärmeableitung von der
höchsterhitzten Stelle des Ventiles zu entfernter liegenden kühleren Teilen des
Ventiles erreicht.
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Außerdem kann der obere Teil der Stange noch von einer Kammer 52 umgeben
sein, durch die eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, hindurchgeleitet wird. Das Wasser
kann durch ein Rohr 55a eingeführt werden, von wo es durch die innere Kammer 54
unmittelbar an der Ventilstange niederstreicht, worauf es um die Umleitungsplatte
55 herum zu der außerhalb dieser Platte angeordneten Kammer 52 aufsteigt, bis es
durch Rohr 53 abgeleitet wird. Durch diese wirksamen Kühlmittel wird ein Wärmeausgleich
erreicht und die Temperatur auf einem Punkt erhalten, der niedrig genug ist,-um
ein ununterbrochenes und wirkungsvolles Arbeiten zu sichern.
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Um zu verhüten, daß das Überströme entil
durch Druck
der Gase innerhalb des Niederdruckzylinders geöffnet wird, ist ein Kolben 56 an
der Ventilstange 26 derart angeordnet, daß er innerhalb der zylindrischen Wandung
eines erweiterten Teiles 57 der Ventilmuffe 36 geführt wird. Dieser Teil
57 erstreckt sich nach oben und ist in dem Einsatz 59, der einen Verschluß
für die Wasserkammer 52 bildet, verschließbar gelagert, so daß eine geschlossene
Kammer 6o innerhalb des Kolbens 56 gebildet wird. Zwischen dieser Kammer und dem
Innern des Niederdruckzylinders wird mit Hilfe eines Rohres 61, das durch das Innere
der hohlen Ventilstange 26 hindurchgeführt ist, eine Verbindung hergestellt (Abb.
4).
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Zum Schmieren des Ventils kann bei 63 01 eingespritzt werden. Das
C51 läuft in den schmalen Trog 64, der die Wasserkammer 52 umgibt. Das
Öl fließt durch zahlreiche nicht gezeichnete Bohrungen an den Seiten der
Wasserkammer entlang zu den Reibflächen der Teile 59 und 56. Etwas von dem (51 gelangt
durch Bohrungen 66 und 67 zu dem unteren Kolben 37.