DE700408C - chine, insbesondere Dieselmaschine, mit einer zusaetzlichen Vorrichtung zur Druckluftentnahme aus dem Arbeitszylinder der Maschine, beispielsweise fuer ein Druckluftbremssystem - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
19. DEZEMBER 1940

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 700408 KLASSE 63 c GRUPPE 53

D 77699 IIJ63 c

S)r.-3ng. Karl Schwaiger in Gaggenau, Murgtal,

■ ■ ist als Erfinder genannt worden.

Daimler-Benz Akt.-Ges. in Stuttgart-Untertürkheim

Maschine, beispielsweise für ein Druckluftbremssystem

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. April 1938 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 21. November 1940

Die Erfindung bezieht sich auf eine im Zweitakt oder Viertakt arbeitende Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit einer zusätzlichen Vorrichtung zur Druckluftentnahme aus dem Arbeitszylinder der Maschine, beispielsweise für ein Druckluftbremssystem von Kraftfahrzeugen.

Es sind Maschinen bekannt, bei welchen eine Druckluftentnahme aus dem Arbeitszylinder der Maschine über ein Rückschlagventil erfolgt. Bei einer solchen Druckluftentnahme aus dem Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine kann jedoch nicht verhindert werden, daß brennende Gase oder Abgase in das aufzuladende System übertreten und die Betriebssicherheit dieses Systems gefährden.

Des- weiteren sind sogenannte Brennkraftmaschinenvef dichter 'bekannt, welche ausschließlich zu dem Zweck einer Erzeugung von Druckluft vorgesehen sind. Der Brennkraftverdichter stellt hierbei eine Hilfsmaschine dar, welche zusätzlich zu der Antriebsmaschine vorgesehen ist. Die Menge des in die Hilfsmaschine eingespritzten Brennstoffes ist hierbei nur so groß, wie sie zum Arbeitsaufwand für die Verdichtung der entnommenen Luft einschließlich der mechanischen Verluste erforderlich ist.

Des weiteren sind Brennkraftmaschinen bekannt, welche mit zusätzlichen Arbeitstakten, also beispielsweise insgesamt mit sechs oder acht Takten arbeiten, von denen nur vier Takte für den Betrieb als Brennkraftmaschine dienen, während die zusatzliehen Arbeitstakte für die Erzeugung von Druckluft vorgesehen sind. Eine solche Maschine hat jedoch den Nachteil eines un-

gleichmäßigen Ganges sowie einer erheblichen Yerlustarbeit innerhalb derjenigen Zeit, in welcher eine Luftentnahme nicht erforderlich ist. Bine solche Maschine arbeitet daher außerordentlich unwirtschaftlich und ist für viele Zwecke, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, infolge ihres ungleichmäßigen Ganges und ihrer L'nwirtschaftlichkeit wenig geeignet.

ίο Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Luftentnahme während des Betriebes der Maschine im Verdichtungshub derselben erfolgt, jedoch vor oder bei Beginn der Brennstoffeinspritzung bzw. vor Einsetzung >5 der Verbrennung unterbrochen w-ird, so daß keine brennenden Gase in das aufzuladende System gelangen können und der normale Betrieb der Maschine nicht gestört wird. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen so wird hierbei sowohl die Maschine als auch das aufzuladende System mit höchster Betriebssicherheit betrieben, da einerseits durch den rechtzeitigen Abschluß der Luftentnahmeleitung eine Störung des Maschinenbetriebes ²S und andererseits die Beschädigung des aufzuladenden Systems, z. B. eines Druckluftbremssystems, durch die brennenden Gase oder die heißen Abgase verhindert wird.

Des weiteren arbeitet der Gegenstand der Erfindung mit höchster Wirtschaftlichkeit, da eine zusätzliche Einrichtung zur Erzeugung von Druckluft, wie sie z. B. im Falle der bekannten Brennkraftverdichter vorhanden sind, vermieden ist und die Druckluft unmittelbar der für andere Zwecke, z. B. zum Antrieb eines Fahrzeuges, dienenden Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Maschine arbeitet hierbei in normaler Weise als Zweitaktoder Viertaktmaschine, ohne daß zusätzliche Arbeitshübe zur Erzeugung der Druckluft erforderlich sind.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, findet die Unterbrechung der Luftentnahme am zweckmäßigsten in der ersten Hälfte des Verdichtungshubes, also beispielsweise zwischen 20⁰ und 8o° Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt der Maschine statt. In diesem Falle findet eine Beeinflussung des Maschinenganges durch die Luftentnahme nicht statt, vielmehr kann die Maschine ohne rauchenden Auspuff und ohne praktisch merkbaren Leistungsabfall betrieben werden; andererseits reicht der Verdichtungsgrad bis zu diesem Zeitpunkt voll aus, um einen genügend hohen Luftdruck im Bremsluftsystem zu erzeugen. Soll die Druckluftentnahme bei Erreichen einer bestimmten Zustandsgröße, z. B. bei einem bestimmten Luftdruck im aufzuladenden System, unterbrochen werden, so wird gemäß der Erfindung in besonders zweckmäßiger und wirtschaftlicher Weise das zur Luftentnahme im Takt der Maschine gesteuerte Entnahmeventil nach Erreichen der vorbestimmten Zustandsgröße selbsttätig so lange geschlossen gehalten, bis die betreffende Zustandsgröße ihren vorbestimmten Wert wieder unterschritten hat. Hierdurch arbeitet die Maschine während dieser Zeit vollständig unbeeinflußt durch die Anordnung des aufzuladenden Systems, so daß keinerlei zusatzliehe Verlustarbeit von der Maschine zu leisten ist.

In besonders zweckmäßiger Weise erfolgt die Betätigung des Luftentnahmeventiles durch eine an sich bekannte Flüssigkeitssäule, hydraulischen Stößel, welche durch einen von der Maschine gesteuerten Steuerschieber von einem Flüssigkeitskreislauf, insbesondere dem Schmierölkreislauf, der Maschine abgetrennt wird, wobei der Steuerschieber gleichzeitig als Kolben zur Verschiebung der Flüssigkeitssäule bzw. zum Unterdrucksetzen derselben ausgebildet ist. Die Steuerung durch eine solche Flüssigkeitssäule läßt eine schnelle und einfache Steuerung des Luftentnahmeventiles einerseits in Abhängigkeit vom Arbeitstakt der Maschine und andererseits in Abhängigkeit von dem Zustand des aufzuladenden Druckluftsystems zu.

Die Erfindung ist insbesondere bei luftverdichtenden Maschinen, also insbesondere Dieselmaschinen, anwendbar, kann jedoch auch, sofern die Entnahme von Gemisch für besondere Zwecke ohne wesentliche Nachteile ist, unter Umständen bei gemischverdichtenden Maschinen angewendet werden. Im-allgemeinen bietet jedoch die Erfindung hauptsächlich dann Vorteile, wenn in der Maschine reine oder nahezu reine Luft verdichtet wird und solche Luft dem zu versorgenden System zugeführt werden soll.

Des weiteren kann gegebenenfalls auch eine Einrichtung vorgesehen sein, welche zusätzlich die Luftentnahme willkürlich bewirkt oder verhindert.

In der Zeichnung ist in Abb. 1 ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

In der Brennkraftmaschine α ist b die Kurbelwelle, c die Nockenwelle, d ein Arbeitszylinder mit dem Kolben e. Das Schmieröl ^1U> der Maschine wird durch eine von der Kurbelwelle angetriebene Pumpe / gefördert und u. a. einer im Zylinderkopf angeordneten Schmierölleitung g, z. B. für die Schwinghebel zur Steuerung der nicht dargestellten Ein- bzw. Auslaßventile, zugeleitet.

Im Zylinderkopf ist ferner ein Ventil h angeordnet, welches durch eine Feder i geschlossen gehalten wird und mit einem in einem Zylinder/ gleitenden Kolben k ver- iao bunden ist. Das Ventil steuert die Verbindung des Verdichtungsraumes des Arbeits-

Zylinders d mit einer Leitung I, welche zu einem Druckluftspeicher m einer Druckluftbremse -führt, und dient zur Entnahme verdichteter Luft aus dem Arbeitszylinder.
Die Steuerung des Entnahmeventils h geschieht durch Öldruck. Zu diesem Zweck ist die Schmierölleitung g über ein Rückschlagventil η mit dem Zylinder / verbunden. Von hier aus führt des weiteren eine Leitung ο zu ίο einem Steuerzylinder p, in welchem ein mit der Steuernut q versehener Steuerschieber r gleitet. Dieser steht einerseits unter der Wirkung einer z. B. einstellbaren Feder s und andererseits über die Leitung t unter dem Druck der im Speicher m befindlichen Druckluft, derart, daß bei überwiegendem Federdruck der Steuerschieber r nach unten gegen den Nocken u auf der Nockenwelle c gedrückt oder bei überwiegendem Luftdruck im Behälter m vom Nocken abgehoben wird. Befindet sich der Steuerschieber r in der gezeichneten oberen Stellung, so ist die Öffnung ν der Leitung 0 mit einem z. B. durch ein Rückschlagventil ζυ abgeschlossenen Rücklauf χ verbunden. Des weiteren ist der Raum/»' des Zylinders p oberhalb des Kolbens r durch eine ständig offene Verbindung^ mit der Leitung ο verbunden. Im Zylinder / ist ferner noch ein Sicherheitsventil ζ angeordnet, welches bei einem unzulässig hohen Druck in der Leitung 0 bzw. im Zylinder j öffnet, wobei das Öl in beliebig geeigneter Weise in den ölkreislauf zurückgeführt wird.

Die Wirkungsweise ist folgende: Solange im Bremsluftbehälter nu der gewünschte, zur Bremsung benötigte Druck herrscht, z. B. über 6,5 atü, ist der Steuerschieber r durch die Druckluft gegen die Wirkung der Feder j in seine dargestellte obere Lage gehoben. Die Nockenwelle c mit dem Nocken u kann sich hierbei unter dem Steuerschieberr frei drehen, so daß der Nocken keine Pumpbewegung des als Kolben ausgebildeten Steuerschiebers hervorruft. Die Leitung 0 bzw. die öffnung ν ist über die Steuernut q mit der Rückleitung λ; verbunden. Das durch das Rückschlagventil η aus der Ölleitung g eintretende Schmieröl kann somit normalerweise über die Leitung 0, die Steuernut q, das Rückschlagventil w und die Rücklauf leitung χ in den ölsumpf der Maschine fließen. Die Leitung 0 kann hierbei im Hauptstrom zwischen der Leitung g und dem ölsumpf oder vorteilhafter im Nebenstrom zwischen ihnen liegen. Die Rückschlagventile η und w sind derart bemesen, daß sie durch den normalen Öldruck geöffnet werden. Das Ventil h ist geschlossen. Sinkt der Druck im Speicheret, z.B. infolge häufigen Bremsens, so wird der Steuerschieber r durch die Feder ί nach abwärts gegen den Nocken u gedrückt, so daß dieser den Steuerschieber zu bewegen beginnt. Bei einem bestimmten Abwärtshub y des Steuerschiebers, z. B. entsprechend einem Mindestdruck von etwa 4,5 atü im Druckluftspeieher w, wird die Verbindung zwischen den Leitungen ο, ν und χ durch die Steuernut q unterbrochen. Durch den hierbei entstehenden Strömungsdruck in der Leitung 0 bzw. im Pumpenraum p' des Steuerzylinders p wird der Steuerschieber?- vollends auf den Nocken μ gedrückt, so daß er die durch den Nocken« vorgeschriebene volle Pumpbewegung ausführt.

Der Nocken u ist hierbei derart ausgebildet, daß er dem Steuerschieber r einen Hub α erteilt. Ein geeignetes S teuer diagramm des Nockens ist beispielsweise in Abb. 2 angedeutete, wobei sich der Nocken in der Lage nach Abb. ι befindet. Entsprechend dem Viertakt der Maschine sind die einzelnen Hübe der Maschine in Quadranten eingetragen. Der Gesamthub α ist in die beiden Teilhübe β und y unterteilt, wobei der Teilhub y, wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, dem in der oberen Stellung des Steuerschiebers r durch die Steuernut q geöffneten Querschnitt zwischen den Leitungen ο, ν und χ entspricht. Der Hub /?= <x —y entspricht somit demjenigen Hub des Steuerkolbens, bei welchem die Leitung 0 von der Rückleitung χ abgeschlossen ist.

Wie ersichtlich, ist in dem Beispiel nach Abb. 2 der Nocken derart ausgebildet, daß im Arbeitshub und im Ausschiebehub der Maschine der Steuerschieber sich innerhalb des Teilhubes y bewegt. Die Leitung 0 ist so- ■ mit durch die Steuernut q an den normalen Schmierölkreislauf angeschlossen. Im Ansaugehub, gegebenenfalls aber auch zu einem anderen Zeitpunkt, wird der Steuerschieber entsprechend der Form des Nockens u durch die Feder s und den im Raum p' herrschenden Öldruck nach abwärts bewegt, so daß er in den Bereich des Teilhubes·β gelangt und die Verbindung zwischen 0 und χ und damit den Schmierölkreislauf durch die Leitung 0 unterbricht.

Von einem bestimmten Zeitpunkt A ab setzt nun der wirksame Druck des als KoI-ben ausgebildeten Steuerschiebers r ein. Von diesem Zeitpunkt ab wird der Schieber r wieder aufwärts bewegt. Das im Räume p' befindliche öl wird hierbei teilweise bei sich schließendem Rückschlagventil η durch die Leitung 0 in den Zylinder j verdrängt, so daß es gewissermaßen als hydraulische Stoßstange wirkt und das Luftentnahmeventil h öffnet. Dieses bleibt alsdann so lange geöffnet, bis der Steuerkolben im Punkte B den wirksamen Hub, Teilhub ß, beendet hat und die Verbindung zwischen den Leitungen 0

Claims (7)

1. und χ durch die Steuernut q wiederhergestellt wird. In diesem Augenblick schließt das Entnahmeventil Ii wieder, indem es von der Feder i schlagartig auf seinen Sitz gedrückt wird.

   Von der Lage der Punkte A und B, d. h. des in Abb. 2 durch Schraffur gekennzeichneten wirksamen Hubes, hängt es ab, mit welchem Druck die Luft aus dem Verdichtungsraiim des Zylinders d über die Leitung / in den Speicher m übergeführt wird. Zweckmäßig wird der Punkt A im Verdichtungshub so gewählt, daß der Verdichtungsdruck zu diesem Zeitpunkt bereits in Höhe oder über dem Mindestdruck, z. B. 4,5 atü, im Druckluftspeicher m liegt, so daß ein sofortiges Überströmen von Verdichtungsluft nach dem Speicher in stattfinden kann. Der Punkt B ist je nach den gegebenen Verhältnissen, z. B. je nach dem zu erzielenden Aufladedruck im Speicher//?, zu wählen, wobei er jedoch in der Regel vor dem Zeitpunkt des Beginns der Brennstoffeinspritzung in den Zylinder bzw. derart liegen soll, daß kein oder nennenswerter Brennstoff in den Speieher m mitgerissen werden kann.

   Durch Einstellung der Federspannung.? kann der im Speicher m vorhandene Druck, bei welchem die Pumpwirkung des Steuer-Schiebers r beginnt, geregelt werden. Ferner können z. B. durch Verdrehung des Nockens 11 auf der Welle c, durch Verschiebung eines Nockens 11 mit veränderlicher Nockenkurve, durch Verdrehen eines Steuerschiebers r mit schräger Steuernut q o. dgl., Zeitpunkte und gegebenenfalls Größe des wirksamen Pumphubes des Steuerschiebers und damit der Eröffnungszeit des Entnahmeventils h geregelt werden. Ferner kann durch geeignete Wahl der Durchmesser des Steuerzylinders p einerseits und des Zylinders j andererseits eine mehr oder weniger große Übersetzung zwischen der Kolbenfläche des Schiebers r und des Ventilkolbens k vorgesehen sein. Bei übermäßig großen Drücken, z. B. bei einem Hängenbleiben des Ventils//, öffnet das Sicherheitsventil 2. Ferner kann ein Entlüftungsventil im Raum p' oder an sonst geeigneter Stelle vorgesehen sein, welches z. B. durch den Steuerzylinder /* kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes, also nach Überschreitung des Punktes B, aufgestoßen wird und die am Steuerschieber nach demölraum/)' durchgetretene Luft, gegebenenfalls zusammen mit dem öl, in das Maschinengehäuse entweichen läßt.

   Paten τ Ansprüche:

   i. Im Zweitakt oder Viertakt arbeitende Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmaschine, mit einer zusätzlichen Vorrichtung zur Druckluftentnahme aus dem Arbeitszylinder der Maschine, beispielsweise für ein Druckluftbremssystem von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftentnahme während des Betriebes der Maschine im Verdichtungshub derselben erfolgt, jedoch vor oder bei Beginn der Brennstoffeinspritzung bzw. vor Einsetzen der Verbrennung unterbrochen 7" wird, so daß keine brennenden Gase in das aufzuladende System gelangen-können und der normale Betrieb der Maschine nicht gestört wird.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit zusätzlicher Steuerung der Luftentnahme in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße, insbesondere dem Luftdruck, im aufzuladenden System, dadurch gekennzeichnet, daß das zur. Luftentnahme dienende Ventil (ft) bei Erreichen der vorbestimmten Zustandsgröße geschlossen gehalten und erst bei einem Absinken derselben unter den vorbestimmten Wert wieder geöffnet wird.
3. 3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Betätigung des Luftentnahmeventiles (Λ) dienende, an sich bekannte Flüssigkeitssäule, hydraulischer Stößel, durch einen von der Maschine gesteuerten Steuerschieber (r) von dem Flüssigkeitslauf, insbesondere dem Schmierölkreislauf der Maschine, abgetrennt wird, wobei der Steuerschieber (r) gleichzeitig als Kolben zur Verschiebung der Flüssigkeitssäule bzw. zum Unterdrucksetzen derselben ausgebildet ist.
4. 4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Steuerung des Luftentnahmeventiles (/;) bewirkende Stößel oder Steuerschieber (r) durch einen von der Maschine angetriebenen Nocken (u) o. dgl. derart betätigt wird, daß sein Antrieb bei Überschreitung eines bestimmten Druckes im aufzuladenden System, z. B. durch Abheben des Stößels vom Nocken gegen die Wirkung einer Feder (s) unterbrochen und dadurch das Öffnen des Luftentnahmeventiles (ft) verhindert wird, daß der Stößel dagegen hei Überschreitung eines bestimmten Luftdruckes in den Bereich des Nockens (u) gebracht wird und dadurch im Takt der Maschine das Luftentnahmeventil (/;) steuert.
5. 5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt des Schließens (B) des unter Federdruck stehenden Luftentnahmeventiles (Λ) im Druckhub des als Kolben ausgebildeten Steuerschiebers (r) durch

   Eröffnen einer Entlastungsleitung (x) für die unter Druck stehende Flüssigkeitssäule mittels einer im Steuerschieber vorgesehenen Steuernut (q) erfolgt.
6. 6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen ι bis 5, gekennzeichnet durch ein vom Steuerschieber (?·), z. B. am Ende des Druckhubes bei entlasteter Leitung, gesteuertes Entlüftungsventil in der Flüssigkeitsleitung.
7. 7. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß'die Entnahme in oder im wesentlichen in der ersten Hälfte de.s Verdichtungshubes der Maschine, insbesondere zwischen 20 und 8o° Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt, erfolgt, in der zweiten Hälfte des Verdichtungshubes dagegen unterbrochen oder im wesentlichen unterbrochen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen