DE573831C - Vorrichtung zur Begrenzung des Hoechstdruckes in den Arbeitszylindern von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur Begrenzung des Hoechstdruckes in den Arbeitszylindern von Brennkraftmaschinen

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DE573831C
DE573831C DEM116571D DEM0116571D DE573831C DE 573831 C DE573831 C DE 573831C DE M116571 D DEM116571 D DE M116571D DE M0116571 D DEM0116571 D DE M0116571D DE 573831 C DE573831 C DE 573831C
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piston
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08Safety, indicating, or supervising devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Begrenzung des Höchstdruckes in den Arbeitszylindern von Brennkraftmaschinen - -Brennkraftmaschinen mit luftloser Einspritzung, bei denen der Brennstoff direkt unter der Einwirkung einer Brennstoffpumpe in den Zylinder eingespritzt wird, sind mit dem Übel behaftet, daß sie außerordentlich hohe Zünddrücke aufweisen. Mit den-Zünddrücken steigen naturgemäß auch die :Temperaturen stark an, die schließlich eine solche Höhe erreichen, daß sie für den Zylinder, den Kolben und die Kolbenstange außerordentlich schädlich werden. Das Material der diesen hohen Temperaturen ausgesetzten Maschinenteile hält selbst - bei sorgfältiger Auswahl diesen Anforderungen nicht stand, und es kommt infolgedessen leicht zum Reißen der Zylinder- und Kolbenwandungen und zu Brüchen der Kolbenstange.
  • Zur Sicherung der Zylinder und des Triebwerkes gegen unzulässig hohe Drücke ist bei Brennkraftmaschinen meist nur -ein federbelastetes Sicherheitsventil vorgesehen, das den Verbrennungsgasen -beim Überschreiten des höchstzulässigen Gasdruckes einen- Austritt ins Freie gestattet. Der Gasüberdruck wird durch Abdrosseln vernichtet, und die darin vorhandene Arbeitsenergie geht verloren- ' Es ist auch wiederholt vorgeschlagen worden, unmittelbar am. Arbeitszylinder einen Zusatzraum anzuordnen, in welchem sich ein verschiebbarer Kolben befindet, der bei Überschreitung des höchstzulässigen Druckes -zurückweicht. Dadurch soll der Rauminhalt .des Arbeitszylinders vergrößert und ein wesentlicher Druckabfall erreicht werden. Diese Zuschalträume haben sich im praktischen Betrieb aber nichtbewährt, da sie einerseits, uni einen wirksamen Druckabfall zu erreichen, sehr groß gemacht werden- müssen und infolgedessen erhebliche bauliche Schwieriglkeiten verursachen und andererseits die Masse des den Zuschaltraum abschließenden Kolbens so groß ist, daß es nicht möglich ist, sie in der zur Verfügung stehenden kürzen Zeit genügend zu beschleunigen. Infolge dieser ungenügenden Beschleunigung wird eine dem jeweiligen Druckanstieg entsprechende Vergrößerung des Arbeitsraumes nicht erreicht, und der Druckausgleich kann nur -in ganz geringem Maße eintreten.
  • Es ist ferner bekannt, den Brennraum im Arbeitszylinder unmittelbar mit einem Dampferzeuger in Verbindung zu setzen und je nach dem Druck im Dampferzeuger den Verdichfungsenddruck über das normale Maß zu erhöhen oder zu erniedrigen. Bei der Drucksteigerung während der Verbrennung sollen die Brenngase in die Zuleitung zum Dampferzeuger eindringen und den Dampf zurückdrängen, Es handelt sich bei dieser bekannten Einrichtung also um die Anordnung eines Zuschaltraumes, der ständig mit dem Brennraum in Verbindung steht, und in denn sich als Gegendruckmittel Wasserdampf befindet. Diese bekannte Vorrichtung hat neben anderen konstruktiven Mängeln den Nachteil, daß die für den Betrieb der Brennkraftmaschine unerwünschte Vermischung der Brenngase und des Wasserdampfes in der Praxis nicht zu vermeiden ist.
  • Gemäß der Erfindung soll der unzulässig hohe Druckanstieg dadurch vermieden werden, daß man den Brennraum im Arbeitszylinder bei Überschreitung eines bestimmten Druckes mit einem von der Brennkraftmaschine unabhängigen Aufnehmer mit unveränderlichem Volumen in Verbindung bringt, der einen Teil der Brenngase vorübergehend aufnimmt und aus dem sie bei der anschließenden Expansion zum größten Teil wieder in den Arbeitszylinder zurückströmen. Dadurch wird den Brenngasen die Möglichkeit gegeben, sich auszudehnen und ein Druckanstieg über eine bestimmte Höhe hinaus wirksam verhindert.
  • Der Zutritt zu dem Aufnehmer wird von einem selbsttätigen Abschlußorgan gesteuert. Bei einem solchen Steuerorgan ist es möglich, dasselbe praktisch nahezu masselos auszubilden, so daß eine wesentliche Verzögerung des Schaltvorganges nicht eintritt. Als besonders zweckmäßige Ausführungsform des Steuerorgans hat sich ein belasteter Kolbenschieber erwiesen, der in einem besonderen Steuergehäuse läuft, in welches die Verbindungsleitung mit dem Aufnehmer in Form eines Ringschlitzes mündet. Steigt der Druck im Zylinder über ein bestimmtes Maß hinaus, dann bewegt sich der Kolbenschieber infolge des Überdruckes nach außen und deckt den Ringschlitz, der die Verbindung zwischen Zylinderraum und Aufnehmer vermittelt, auf. Die Bewegung des Steuerkolbens dauert so lange an, bis der Druck im Arbeitszylinder sich mit dem den Steuerkolben von außen belastenden Druck wieder ausgeglichen hat. Für den Fall, daß der Verbrennungsdruck einmal eine solche Höhe annimmt, daß ein genügend schneller Druckausgleich zwischen Arbeitszylinder und Aufnehmer nicht vor sich gehen kann, sind am Schieberzylinder Sicherheitsschlitze angebracht, die von dem Steuerkolben in seiner äußersten Endstellung aufgedeckt werden und den Brenngasen den Austritt unmittelbar ins Freie gestatten.
  • Das Steuerorgan kann selbstverständlich auch in irgendeiner anderen zweckentsprechenden Weise ausgebildet sein.
  • In -der Zeichnung ist beispielsweise eine Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. b ist ein Teil des Zylinderdeckels einer Brennkraftmaschine mit der Bohrung d, in welchen der mit Kolbenringdichtungen versehene Steuerkolben g läuft. h ist ein durch die Laufbüchse j gebildeter Druckluftzylinder mit einem ebenfalls mit Kolbenringen gedichteten Kolben i, der mittels der Kolbenstange k mit dem Kolbenschieber g verbunden ist. Der die Laufbüchse j umgebende Ringraum dient zur Kühlung des Druckluftzylinders. Über die Leitung f steht ein Zylinder h mit einer Druckluftquelle in Verbindung, die es ermöglicht, mittels eines Reduzierventils einen Gegendruck von bestimmter Höhe einzustellen. Um beim plötzlichen Zurückgehen des Kolbenschiebers einen metallisch harten Schlag des Kolbens i gegen die hintere Wand des Zylinders h zu vermeiden, ist der Kolben i mit einem Ansatz il versehen, der zusammen mit der Aussparung hl in der Zylinderwand als Luftpuffer wirkt und so eine Beschädigung der Metallteile verhindert.
  • Auf der dem Arbeitszylinder zugekehrten Seite ist der Kolben i so ausgebildet, daß er zusammen mit der Wandung des Zylinders La ebenfalls einen Luftpuffer p bildet, der ein sanftes Zurückgehen der beiden Kolben g-und i während des Expansionshubes im Arbeitszylinder sichert.
  • Die beim Spielen des Kolbens durch die Ansaugstutzen q angesaugte Luft wird beim Rückgang desselben zusammengepreßt und zum Auffangen der möglichst klein zu bemessenden Metallmasse der Kolben g und i und der Kolbenstange k verwendet. Da der Luftdruck in dem Luftpuffer p infolge der Differentialwirkung höher als der Druck im Luftzylinder h ist, kann der Luftpuffer p zum Aufladen des Luftzylinders h und zum Ersatz der Druckluftverluste infolge von Undichtigkeiten verwendet werden. Zu diesem Zweck ist der Luftpuffer p über ein Rückschlagv entil t und eine Luftleitung s mit der Druckluftleitung f zwischen der Druckluftquelle und dem Luftzylinder h verbunden, um die im Luftpuffer p verdichtete Luft in die Leitung f abzuleiten und damit Druckluft aus den Anlaßgefäßen zu sparen, die sonst als Zusatz zur Deckung der Verluste notwendig ist.
  • Man kann natürlich den Luftpuffer p auch für andere Zwecke, beispielsweise zur Lieferung zusätzlicher Verbrennungsluft im Arbeitszylinder, nutzbar machen. Durch geeignete Leitungen und Kanäle im Zylinderdeckel kann die Druckluft als sogenannte Nachspeiseluft dem Verbrennungsraum zugeführt werden.
  • Um eine zu starke Erhitzung und damit ein leichtes Festbrennen des Kolbens g durch die heißen Brenngase zu vermeiden, ist der Kolben g gekühlt. Die Kolbenstange k ist durch die hintere Wand des Zylinders h hindurchgeführt und auf nahezu ihrer ganzen Länge durchbohrt. Die Abdichtung der Zylinderwanddurchführung geschieht mit Hilfe einer Stopfbüchse v: An die Kolbenstange k ist außerhalb des Zylinders lz ein Schlauch w angeschlossen, der zum Luftsammler des Spülluftgebläses oder zu den Anlaßflasclien führt. Innerhalb des Kolbens g ist die Kolbenstange k mit schrägen Bohrungen z versehen, die den Austritt der kalten Luft aus der Bohrung u in den Kolbenhohlraum gestatten. Infolge der schrägen Richtung der Bohrungen z strömt die Kühlluft gegen Boden und Wandungen des Kolbens g und bewirkt eine intensive Kühlung derselben. Die Kühlluft kann durch die Sicherheitsöffnungen m ins Freie gelangen.
  • Im vorderen, dem Arbeitszylinder zugekehrten Teil des Schieberzylinders d sind zwei Ringschlitze angeordnet, die vom Kolbenschieber g gesteuert werden. Der vordere Schlitz dl steht mit der Leitung d2 in Verbindung, die zum nicht gezeichneten Aufnehmer führt, während der hintere Ringschlitz über die Bohrungen m unmittelbar mit der Außenluft verbunden ist. Bei doppeltwirkenden Maschinen kann der gleiche Aufnehmer für beide Zylinderseiten Verwendung finden.
  • Da es in Abänderung der in der Abbildung dargestellten. Ausführungsform möglich ist, das Schiebergehäuse getrennt vom Zylinderdeckel auszubilden, kann die Vorrichtung nachträglich an jeder Maschine angebracht werden.
  • Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Mit Hilfe der Leitung f wird in den Zylinder lt ein Druckmittel, beispielsweise Druckluft, geleitet, dessen Druck so eingestellt wird, daß er einem bestimmten Höchstdruck im Arbeitszylinder das gleiche Gewicht hält. Wenn dieser Höchstdruck. während des Verbrennungsvorganges im Arbeitszylinder überschritten wird, dann bewegt sich der Steuerkolben h nach außen und deckt den Ringschlitz dl auf, so daß die hochgespannten Brenngase zum Teil in den Aufnehmer übertreten und infolgedessen der Druck im Arbeitszylinder wieder abfällt. Während des Expansionshubes im Arbeitszylinder treten die Brenngase aus dem Aufnehmer wieder zum großen Teil in den Arbeitszylinder zurück, bis der Kolbenschieber g infolge der fortschreitenden Druckverminderung im Arbeitszylinder zurückgeht und den Ringschlitz dl wieder abdeckt. Für den Fall einer besonders starken Druckerhöhung wirkt die Vorrichtung durch Aufdecken des hinteren Ringschlitzes als gekühltes Sicherheitsventil, das in bezug auf Betriebssicherheit den bisher ungekühlten Sicherheitsventilen weit überlegen ist.

Claims (1)

  1. PATENTANrpRÜCFIr i. Vorrichtung zur Begrenzung. des Höchstdruckes in den Arbeitszylindern von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Brennkraftmaschine unabhängiger Aufnehmer mit unveränderlichem Volumen über eine besondere Leitung mit dem Brennraum im Arbeitszylinder verbunden ist und die Verbindungsleitung mittels eines von dem Überdruck im Arbeitszylinder betätigten selbständigen Abschlußorgans gesteuert wird, derart, daß erst nach Überschreitung des zulässigen Höchstdruckes im Arbeitszylinder die Verbindung zwischen Aufnehmer und Brennraum durch Öffnen des Abschlußorgans hergestellt wird. a. Vorrichtung nach Anspruch i für doppeltwirkende Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der gleiche Aufnehmer über j e eine gesteuerte Leitung mit den beiden Zylinderseiten verbunden ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan außer der Verbindungsleitung mit dem Aufnehmer noch einen Sicherheitsauslaß steuert, der den Brennraum des Arbeitszylinders unmittelbar mit der Außenluft verbindet. q.. Vorrichtung nach Anspruch x, -dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan als belasteter Kolbenschieber möglichst mässeloser Bauart ausgebildet ist und die Verbindungsleitungen mit dem Aufnehmer und der Außenluft als Ringschlitze ini Schiebergehäuse münden. 5. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (g) als Stufenkolben möglichst masseloser Bauart ausgebildet ist, derärt, daß der die Ringschlitze steuernde Kolbenteil (g) den kleineren Durchmesser aufweist. 6. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Arbeitszylinder (d) abgewandte Fläche des Kolbenteiles (i) mit dem größeren Durchmesser in an sich bekannter Weise mit einer Druckmittelquelle in Verbindung steht, die es gestattet, auf die Kolbenfläche (i) einen beliebig einstellbaren Druck auszuüben. 7. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Arbeitszylinder zugewandte Seite des Gegendruckzylinders (h), in .dem der größere Kolbenteil (i) wirksam ist, mit einer oder mehreren Ansaugeöffnungen (q) und mit einer Auslaßöffnung versehen ist. B. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung über ein Rückschlagventil (t) und eine besondere Leitung (s) mit dem Verbrennungsraum verbunden ist, um die Druckluft zur Nachverbrennung heranzuziehen. g. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung über ein Rückschlagventil (t) mit der Zuleitung (f) -des Druckmittels zum Gegendruckzylinder (h) verbunden ist, um die Dichtungsverluste zu decken oder die Druckmittelquelle aufzufüllen. io. Vorrichtung nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (g) über schräg gerichtete Bohrungen (z) in der hohl ausgeführten Kolbenstange (k) mit kalter Luft angeblasen wird, die eine mit der hohlen Kolbenstange in Verbindung stehende Druckluftquelle liefert.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE963739C (de) * 1951-09-22 1957-05-09 Kurt Kuers Verbrennungs-Kraftmaschine mit Gemischverdichtung und Selbstzuendung durch die Verdichtungswaerme
DE3003864A1 (de) * 1980-02-02 1981-08-13 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln Zylinderkopf einer wassergekuehlten hubkolbenbrennkraftmaschine
EP0103064A2 (de) * 1982-08-13 1984-03-21 Klöckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft Anordnung zum funkenfreien Ableiten von Verbrennungsgasen

Cited By (4)

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EP0103064A3 (de) * 1982-08-13 1984-12-19 Klöckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft Anordnung zum funkenfreien Ableiten von Verbrennungsgasen

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