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Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung von Brennkraftmaschinen Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung von Brennkraftmaschinen,
insbesondere Dieselmaschinen, und hat zur Aufgabe die Sicherung der Anlaßfüllung
bis zur Erreichung der normalen Betriebsdrehzahl bzw. bis zum Ansprechen des Drehzahlreglers.
Bei den meisten Brennkraftmaschinen, insbesondere für den Schiffsantrieb und im
stationären Betrieb, war es bisher üblich, daß der Maschinist .den Füllungshebel
bzw. das Füllungsgestänge während :des Anlassens der Brennkraftmaschine in der Stellung
Anlaßfüllung, die etwa 3o bis 50 % der Vollastfüllung beträgt, festhält, bis sie
normale Betriebsdrehzahl erreicht ist. Es hat sich jedoch in der Praxis .gezeigt,
daß das Füllungsgestänge oft viel zu früh freigegeben wird bzw. vorzeitig auf Vollfüllung
gelegt wird, so daß eine hoheÜberbelastung des Triebwerkes und der Zylinderdeckel
eintritt, die zu schweren Beschädigungen an der Maschine führen kann. Man hat daher
schon vorgeschlagen, den Füllungshebel mit einer Blockierung zu versehen, die es
erst nach Erreichung der normalen Betriebsdrazahl ermöglicht, den Füllungshebel
weiter auf Vollast zu legen. Diese Blockiervorrichtung bedeutet aber einen nicht
unerheblichen Mehraufwand und verteuert und kompliziert die Brennkraftmaschine.
Außerdem ist sie bei automatischen Anlagen, z. B. bei Notstromanlagen, sowie bei
Fernbedienung nicht anwendbar. Bei letzterer hat man auch schon versucht, durch
einen
von derAnlaßdruckluft beaufschlagtenLuftzylinder mittels einer
Sperrvorrichtung die überschreitung der Anlaßfüllung zu verhindern. Die Absperrung
der Anlaßluft und damit .die Aufhebung der Sperre treten aber viel früher ein als
die Erreichung der Betriebsdrehzahl, so daß auch hiermit eine vollkommene Sicherung
gegen zu hohe Belastung bei zu niedrigen Drehzahlen nicht erreicht werden konnte.
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Erfindungsgemäß wird nun diese schwierige-Aufgabe bei .einer Vorrichtung
zur selbsttätigen Regelung in einfachster Weise dadurch gelöst, daß der vom Regler
bewegte Steuerschieber für den das Füllungsgestänge verstellenden Servomotor mit
einem zusätzlichen Steuerkolben versehen ist, der eine Verschiebung des .Servomotorkolbens
über .die Anlaßstellung hinaus so lange verhindert, bis die Brennkraftmaschine die
normale Betriebsdrehzahl erreicht bzw. überschritten hat. Der zusätzliche Steuerkolben
sperrt den Abfluß oder den Zufluß der Druckflüssigkeit aus der einen oder zu der
anderen Zylinderseite des Servomotors ab, wenn der Servomotorkolben und mit ihm
das Füllungsgestänge sich in der Stellung Anlaßfüllungbefinden. Die Anordnung des
zusätzlichen Steuerkolbens erfolgt derart, @daß bei den durch den Regler bewirkten
Bewegungen des Steuerschiebers während des Betriebes keine Absperrung der Ab- oder
Zu-Fußleitung zum Zylinder .des Servomotors durch ihn stattfindet. Die Vorrichtung
nach der Erfindung arbeitet vollständig selbsttätig. Beim Anlassen der Brennkraftmaschi.ne
und Einsetzen des Druckes der Steuerflüssigkeit stellt sich der das Füllungsgestänge
betätigende Servomotor sofort auf- die vorgesehene Anlaßfüllung ein und wird aus
dieser erst wieder durch das Ansprechen- des Reglers, d. h. beim Anheben der Reglergewichte
bewegt, was bei Erreichung der normalen Betriebsdrehzahl oder kurz vorher der Fall
ist. Neben der großen Sicherheit gegenüber zu hoher Füllung während des Anl.assens
hat die Vorrichtung nach der Erfindung noch Odem: wesentlichen Vorteil der großen
baulichen Einfachheit. Es braucht lediglich eine kleine Änderung am Steuerschieber
des Servomotors vorgenommen zu werden, d. h. es muß ein zusätzlicher Steuerkolben
am Schieber selbst angebracht werden. Diese einfache Maßnahme kann .auch bei den
meisten vorhandenen Servomotoren nachträglich vorgenommen werden, so daß .die Anwendung
der Sperrvorrichtung nach der Erfindung auch bei Brennkraftmaschinen, die sich bereits
im Betrieb befinden, jederzeit ohne besonderen Aufwand möglich ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung
entsprechend der -Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt
durch einen Servomotor mit neben .dem Arbeitskolben des Servomotors angeordnetem
Steuerschieber in der Stellung Nullfüllung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch .den
Servomotor nach Fig. i_ in der Stellung Anlaßfüllung, Fig. 3 einen Längsschnitt
durch den Servomotor nach Fig. r in der Stellung Betriebsfüllung, Fig.4 einen Längsschnitt
durch einen Servomotor .anderer Bauart in der Stellung Nullfüllung, Fig. 5 einen
Längsschnitt durch .den Servomotor nach Fig. 4 in der Stellung Anlaßfüllung und
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ,den Servomotor nach Fig. 4 in der Stellung Betriebsfüllung.
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Der in den Fig. i bis 3 dargestellte Servomotor besteht aus dem Gehäuse
i, dem im Zylinder :2 bewegten Arbeitskolben 3 und .dem Steuerschieber 4 im Steuerzylinder
5. Die Kolbenstange 6 .des Arbeitskolbens 3 ist auf der einen Seite mit dem Füllungsgestänge
7 verbunden, das entweder zu den nicht .dargestellten Einspritzbrennstoffpumpen
bei Dieselmaschinen oder zur ebenfalls nicht dar-, gestellten Gemischregelung bei
gemischverdichteten Brennkraftmaschinen führt. Die andere Seite der Kolbenstange
6 ist über einen Hebel 8 mit dem Hebel 9 verbunden, der den Steuerschieber 4 mit
der von .den Reglergewichten io belasteten Muffe i i verbindet. Die Verbindungsstelle
zwischen den beiden Hebeln 8 und 9 ist gleichzeitig als gelenkiger Drehpunkt 12
ausgebildet. Die Zuleitung der Steuerdruckflüssigkeit erfolgt .durch die Leitung
13 in den Steuerzylinder 5, von dem aus die Leitung 14 zum Arbeitszylinder links
vom Arbeitskolben 3 und die Leitung 15 zum Arbeitszylinder rechts vom Arbeitskolben
3 führen. Aus dem Steuerzylinder 5 führen noch zwei Leitungen 16 und 17 zur Druckmittelableitung
18. Auf dem Steuerschieber 4 sind zwei Steuerkolben- i9 und 2o zur Steuerung für
die . normale Drehzahlregelung während des Betriebes angeordnet. Der zusätzliche
Steuerkolben 21 dient zur Feststellung des Servomotors während des Anlassens der
Brennkraftmaschine bis zum Ansprechen der Reglergewichte bei oder kurz vor Erreichung
der Betriebsdrehzahl. Für den zusätzlichen Steuerkolben 21 ist noch eine Umführungsleitung
22 im Steuerschieber 4 angeordnet. Diese Umführungsleitung 22 kann gegebenenfalls
.auch durch entsprechende Durchbrechungen in der Kolbenscheibe oder im Steuerzylinderersetzt
werden.
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DieWirkungsweise derVorrichtung'is.t folgende: In der Fig. i ist die
Stellung des Servomotors bei stillstehender Brennkraftmaschine .dargestellt. Das
Füllungsgestänge 7 steht auf Nullfüllung: Wird jetzt die Brennkraftmaschine angelassen,
.dann wird bei den ersten Umdrehungen durch eine nicht dargestellte Pumpe die Arbeitsflüssigkeit
auf Druck gebracht und fließt durch die Leitung 13 über den Steuerzylinder 5 und
die Leitung 14 auf die linke Seite des Arbeitskolbens 3 und bewegt -diesen nach
rechts. Die Arbeitsflüssigkeit auf der rechten Seite des Arbeitskolbens 3 fließt
durch die Leitung 15 in den Steuerzylinder 5 und über die Umgehungsleitung 22 und-
.die Leitung 17 in die Abflußleitung 18. Bei seiner Bewegung nach rechts nimmt der
Arbeitskolben 3 über .die Kolbenstange 6 das Füllungsgestängc 7 in Richtung auf
Vollfüllung mit. Gleichzeitig nimmt die Kolbenstange 6 mittels der Hebel 8 und 9
.den Steuerschieber 4 mit und verschiebt ihn ebenfalls nach rechts. Diese Bewegung
dauert so, lanige, b,i:s,der zusätzliche Steuerkolben
21 die Mündung
der Leitung 17 vollkommen überdeckt und .damit den Abfluß der Druckflüssigkeit .aus
dem Arbeitszylinder rechts vom Arbeitskolben 3 absperrt. Eine weitere Bewegung .d.es-Arbeitskolbens
3 ist nun nicht mehr möglich. Er ',hat jetzt und mit ihm das Füllungsgestänge 7
die Stellung Anlaßfüllung ereicht. Diese Stellung ist in Fig.2 dargestellt und die
Anlaßstellung durch die Strecke a gekennzeichnet.
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Hat dann schließlich die Brennkraftmaschine .die normale Betriebsdrehzahl
nahezu erreicht, dann heben sich die Gewichte io des Fliehkraftreglers von ihrer
;Grundstellung .ab und bewegen über die Reglermuffe i i den Hebel 9 um den Drehpunkt
12, so daß der Steuerschieber 4 weiter nach rechts verschoben wird. Dabei gibt der
zusätzliche Steuerkolben 21 die -Mündung der Leitung 17 wieder frei, so daß die
Blockierurig des Arbeitskolbens 3 in Richtung auf Vollfüllung aufgehoben ist. Dieser
kann demnach das Füllungsgestänge weiter nach Vollfüllung verstellen. Die Steuerung
.des Arbeitskolbens 3 ,erfolgt nunmehr allein durch die Steuerkolben i9 und 20 in
bekannter Weise. Die Fig. 3 zeigt eine Betriebsstellung mit etwa halber Füllung,
die durch :die Strecke b gekennzeichnet ist. Bei den geringen Steuerbewegungen der
Steuerkolben i9 und 2o zur Einstellung der Normaldrehzahl, die durch den Fliehkraftregler
ausgelöst werden, übt der zusätzliche Steuerkolben 21 keine Steuerfunktion mehr
aus. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine nehmen der Steuerschieber 4 und der Arbeitskolben
3 die Stellungen entsprechend der Fig. i wieder ein.
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Bei dem Servomotor nach der zweiten Ausführung entsprechend den Fig.
,4 bis 6 ist der Steuerschieber 30 koaxial zum Arbeitskolben 31 in der hohlen
Kolbenstange 32 angeordnet. Der im Zylinderraum 33 gleitende Arbeitskolben 31 ist
über die hohle Kolbenstange 32 mit dem Füllungsgestänge 34 verbunden. Der Steuerschieber
30 weist einen Steuerkolben 35 und einen Führungskolben 36 .auf und steht
über den Hebel 37 mit der bluffe 38 eines Fliehkraftreglers in Verbindung, gegen
die die Gewichte 39 drücken. Die Zuleitung der Druckflüssigkeit für den Servomotor
erfolgt durch die Leitung 4o über den Ringraum 41 im Gehäuse 42 und die Bohrungen
43 der hohlen Kolbenstange 32 in den Zylinderraum 44 des Steuerschiebers 30. Von
dort strömt die Druckflüssigkeit über die Kanäle 45 in den Zylinderraum 33 rechts
vom Arbeitskolben 31. Der Abfluß der Druckflüssigkeit findet am linken Ende des
Zylinderraumes 44 statt. Der zusätzliche Steuerkolben 46 für das Festhalten des
Füllungsgestänges in der Anlaßfüllung ist auf .dem Steuerschieber 30 im Bereich
der Kolbenstangenbohrungen 43 .angeordnet. Die Umführungsleitung 47 ist im Steuerschieber
30 vorgesehen und mündet zu beiden Seiten des zusätzlichen Steuerkolbens
46 in den Zylinderraum 44. Diese Umführungsleitung 47 kann auch an der Oberfläche
.des Steuerschiebers angeordnet sein bzw. durch einfache Durchbrechungen in der
Scheibe des Steuerkolbens 46 ersetzt werden. Mit 48 ist ein fester Anschlag für
.den Steuerschieber 30 und mit 49 die Reglerfeder für die Muffenbelastung
bezeichnet.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach den Fig. 4. bis 6 ist folgende:
Bei stillstehender Brennkraftmaschine hat der Servomotor .die in Fig.4 dargestellte
Stellung. Die Füllungsregulierung steht auf Nullfüllung. Wird jetzt die Brennkraftmaschine
angelassen und damit die Arbeitsflüssigkeit unter Druck gesetzt, dann strömt diese
aus der Zuleitung 4o über den Ringraum 41 durch die Bohrungen 43 der hohlen Kolbenstange
32 in :den Zylinderraum 44 rechts vom zusätzlichen Steuerkolben 46 und über die
Umführungsleitung 47 in den Zylinderraum 44 links vom Steuerkolben 46 und tritt
von dort durch die Leitungen 45 in den Arbeitszylinder 33. Der Arbeitskolben 31
wird nunmehr durch die Druckflüssigkeit nach links verschoben und nimmt mittels
seiner hohlen Kolbenstange 32 das Füllungsgestänge 34 mit. Diese Verschiebung .dauert
so lange, bis die Bohrungen 43 in den Bereich des zusätzlichen Steuerkolbens 46
kommen und von diesem schließlich ganz abgedeckt werden. Dann 'hört die Bewegung
des Arbeitskolbens 31 und mit ihr die des Füllungsgestänges 34 auf. Es ist damit
die Anlaßfüllung eingestellt. Dieser Zustand ist in der Fig. 5 dargestellt und die
Anlaßfüllung durch die Strecke a gekennzeichnet.
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Die Anlaßfüllung bleibt so lange fest eingestellt, bis bei oder kurz
vor Erreichung der normalen Betriebsdr,#hzahl sich die Gewichte 39 des Fliehkr.aftreglers
abheben und dieMuffe38 entgegenderKraft der Reglerfeder 49 nach links verschieben.
Diese Muffenverschiebung bewirkt eine Drehung .des Hebels 37 um seinen Drehpunkt
und eine Verschiebung des Steuerschiebers 30 nach rechts. Dabei gibt der
zusätzliche Steuerkolben 46 die Bohrungen 43 der hohlen Kolbenstange 32 frei, und
es kann weitere Druckflüssigkeit über den Zylinderraum 44 und die Leitungen 45 hinter
den Arbeitskolben 31 treten, der dabei weiter nach links gedrückt wird und das Füllungsgestänge
34 über die Anlaßfüllung hinaus in Richtung auf Vollfüllung verstellt. Diese Verschiebung
des Arbeitskolbens 31 .dauert so lange an, bis der Steuerkolben 35 in Höhe der Mündungen
der Leitungen 45 gelangt und schließlich einen Abfluß der Druckflüssigkeit aus dem
Arbeitszylinder i 33 gestattet. Diese Betriebsstellung ist in der Fig. 6 dargestellt
und durch die Strecke b gekennzeichnet. Die Drehzahlregelung während des normalen
Betriebes erfolgt dann nur mehr mit dem Steuerkolben 35, während der zusätzliche
Steuerkolben 46 ganz außer Funktion ist.
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Die Regelvorrichtungen der beiden dargestellten Ausführungsbeispielee
sind .an sich bekannt. Sie unterscheiden sich von .den bekannten Ausführungen lediglich
durch die zusätzliche Anordnung des Steuerkolbens 2i bzw. 46 für die Festhaltung
der Anlaßfüllung und die hierfür notwendige Umführungsleitung 22 bzw. 47. Selbstverständlich
kann man eine derartige zusätzliche Steuerung des Servomotors im Sinne der Erfindung
auch bei anderen bekannten Reglervorrichtungen anordnen,
da .die
Erfindung nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele einer Drehzahlregulierung
gebunden ist.