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Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern des Anspringens umsteuerbarer
Brennkraftmaschinen in falscher Drehrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Sicherheitsvorrichtung zum Verhindern des Anspringens umsteuerbarer luftverdichtender
Einspritz-Brennkraftmaschi nen in falscher Drehrichtung nach einem Umsteuervorgang,
bei welchen die Umsteuerung mit Hilfe von Umsteuerventilen bewirkt wird, ein die
Zufuhr von Anlaßluft zu den Maschinenzylindern beherrrschendes Anlaßluftventil über
eine Steuerluftleitung mit Hilfe eines oder mehrerer Anlaßsteuerventde betätigt
wird, ferner bei Einleiten des Umsteuervorgangs durch Öffnen eines Umsteuerventils
die Regelstange der Einspritzpumpe in Nullförderstellung verriegelt wird und ein
drehzahlabhängiges Steuerorgan erst bei Stillstand der Maschine oder bei einer für
den Umsteuervorgang ungefährlich geringen Drehzahl den Weg zu den Maschinenzylindern
öffnet und die Verriegelung der Einspritzpumpe wieder löst.
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Sicherheitsvorrichtungen der vorgenannten Art haben den Nachteil,
daß die Brennkraftmaschine beim Anlassen in der neuen Drehrichtung nur die verhältnismäßig
niedrige Drehzahl erreichen kann, auf die das drehzahlabhängige Steuerorgan eingestellt
ist, wodurch das Zünden des eingespritzten Brennstoffes unter Umständen in Frage
gestellt sein kann. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung dieses Nachteiles.
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Diese Aufgabe wird an einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Steuerluftleitung zwischen Anlaßsteuerventil
und Anlaßluftventil ein Absperrorgan. angeordnet ist, welches mit Hilfe des drehzahlabhängigen
Steuerorgans geöffnet wird und danach in geöffneter Stellung durch eine Verriegelung
gehalten wird, welche beim Verschieben der Einspritzpumpen-Regelstange in Nullförderstellung
gelöst wird.
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Durch diese Maßnahmen wird eine ungewollte Unterbrechung des Anlaßvorganges
in der neuen Drehrichtung gegen Ende desselben beim Wiederansteigen der Drehzahl
verhindert, da das drehzahlabhängige Steuerorgan in diesem Betriebszustand keinen
Einfluß mehr auf das Absperrorgan hat.
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Eine einfache und zweckmäßige Ausführung der Sicherheitsvorrichtung,
bei der das drehzahlabhängige Steuerorgan aus einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Fliehkraftregler besteht, mit dessen Muffe eine Absperrvorrichtung verbunden ist,
die durch die Fliehkräfte der Fliehgewichte des Fliehkraftreglers bei einer bestimmten
unter der Maschinenhöchstdrehzahl liegenden Drehzahl geöffnet wird, die durch die
Spannung einer den Fliehkräften entgegen wirkenden Feder einstellbar ist, ergibt
sich dadurch, daß bei geöffneter Absperrvorrichtung beim Öffnen des AnlaßsteuervenWes
Anlaßdruckluft auf den Kolben eines Betätigungszylinders einwirkt, der das Absperrorgan
öffnet sowie die Verriegelung der Einspritzpumpe löst, wobei die aus der Nullförderstellung
in Richtung Vollaststellung verschobene Regelstange die Verriegelung des Absperrorganes
verursacht.
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Eine Rückführung der Sicherheitsvorrichtung in die Bereitschaftsstellung
wird zweckmäßig dadurch erreicht, daß der Betätigungszylinder doppelt wirkend ausgebildet
ist, wobei die Kolbenseite, die der mit Anlaßdruckluft beaufschlagten Seite abgewandt
ist, beim öffnen eines Umsteuerventiles mit Druckluft beaufschlagt wird, wodurch
die Sperrklinke des Absperrorganes gelöst wird, worauf dieses schließt.
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Ein Steuerschieber, der durch einen Fliehkraftregler betätigt wird,
ist im Zusammenhang mit einer pneumatischen Steuervorrichtung bekannt geworden,
die den Beginn der Brennstoffeinspritzung drehzahlabhängig beim Anlassen mit Druckluft
steuert. An der einen Stirnseite des Schiebers greifen die Fliehgewichte, an der
anderen .Stirnseite eine einstellbare Feder an. Es ist außerordentlich schwierig,
einen derartigen Schieber so herzustellen, daß er gegen den Steuerluftdruck abdichtet.
Im Gegensatz dazu werden diese Schwierigkeiten gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung dadurch vermieden, daß die Muffe des Fliehkraftreglers das Ventil der
Absperrvorrichtung bildet, das mit einem als Dichtfläche ausgebildeten ersten mittleren
Absatz mit einer Gegenfläche des Ventilgehäuses ein erstes Absperrventil bildet,
das eine Leitung zwischen dem Anlaßsteuerventil und dem Betätigungszylinder öffnet
bzw. unterbricht,
wobei an der einen Stirnseite der Muffe eine einstellbare
Feder und cn der anderen Stirnseite die Fliehgewichte in an sieh bekannter Weise
angreifen.
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Die Entlüftung des Betätigungszylinders wird dabei zweckmäßig dadurch
bewirkt, daß die Muffe mit einem zweiten mittleren Absatz und einer zweiten Gegenfläche
des Ventilgehäuses ein zweites Absperrventil bildet, das eine Verbindung zwischen
dem Betätigungszylinder und der Außenluft beherrscht und das geschlossen ist, wenn
das erste Absperrventil geöffnet ist sowie umgekehrt.
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Im Hinblick darauf, daß der hohe Anlaßluftdruck, auch wenn er nur
auf sehr kleinen Flächen lastet, sehr große Kräfte auf die Muffe ausüben kann, die
wiederum einen sehr aufwendigen Fliehkraftregler mit großem Arbeitsvermögen bedingen
würden, ist es zweckmäßig, daß der mittlere zylindrische Teil der Muffe im Ventilgehäuse
annähernd dichtend geführt ist, wobei der Durchmesser dieser Führung dem Wirkdurchmesser
der Dichtfläche des ersten Absperrventilen entspricht, so daß keine Axialkräfte
durch die im Ventilgehäuse befindliche Druckluft in der Schließstellung des ersten
Absperrventilen auf die Muffe ausgeübt werden.
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Luftverluste über die lediglich annähernd dichte Führung der Muffe
können dadurch verhindert werden, daß das zweite Absperrventil zugleich die äußere
Abdichtung der zylindrischen Führung der Muffe in Öffnungsstellung des ersten Absperrventilen
bewirkt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in schematischer Form an einem
Beispiel dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Gesamtschaltplan, F i g. 2 einen Verschiebezylinder
für die Brennkraftmaschinen-Steuerwelle im Schnitt.
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Als Beispiel ist eine pneumatische Fernbedienungsanlage für eine umsteuerbare
Dieselmaschine zum Antrieb von Schiffen gewählt.
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Auf der Kommandobrücke oder auf einem an anderer Stelle in einiger
Entfernung von der Maschine eingebauten Bedienungsstand befinden sich ein Ventil2
für Umsteuern und Anlassen in Drehrichtung »Voraus«, ein Ventil 1 für Umsteuern
und Anlassen in Drehrichtung »Zurück« und das Stopventil 3. Die Ventile können,
wie dargestellt, in einem gemeinsamen Gehäuse 4 untergebracht sein, welches einen
mit Druckluft versorgten Raum 5 enthält. Die Ventile 1, 2, 3 können an Stelle der
dargestellten Einzelbetätigung durch Druckknöpfe auch mit Hilfe einer Nokkenwelle,
an der ein Hebel befestigt ist, betätigt werden. Jedes Ventil besteht aus einem
Ventilkegel la, 2a, 3a, einer Druckfeder 1b, 2b, 3b, welche den Kegel
auf seinem Sitz hält, dem hohlen Druckknopf 1c, 2c, 3c und der Feder 1d, 2d, 3d,
die den Druckknopf in die Ruhestellung bringt, in der die von dem betreffenden Ventil
beherrschte Leitung entlüftet ist.
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Alle übrigen Teile sind an der Maschine selbst angebaut. Von dem Ventil
2 führt die Leitung 6 zu dem Raum 7 des Betätigungszylinders 8, in dem der
Kolben 9 gleitet, der von den Federn 10 und 11 bei entlüfteten Räumen 7 und
12 in die gezeigte Mittelstellung gebracht wird: Den anderen Raum
12 des Zylinders 8 verbindet die Leitung 13 mit dem Ventil 1. Mit dem Kolben
9 ist die Kolbenstange 14 verbunden, in deren Kulisse 15 der Umsteuerhebel 16 angreift
und die durch die Führung 17 geführt ist. Der Hebel 16 kann die Stellungen V (Voraus)
und Z (Zurück) sowie die dargestellte Mittelstellung einnehmen. Mit dem Umsteuerhebel
16 in Drehrichtung fest, in Achsrichtung des Nockens verschiebbar verbunden ist
der Mehrfachnocken 18, der Einzelnocken 18a für Umsteuern »Voraus«,
18b für Umsteuern »Zurück, 18c für Anlassen »Voraus« und 18d für Anlassen »Zurück«
aufweist. Der Nocken 18 ist drehbar auf einer Verlängerung 19 der Steuerwelle
20 befestigt und gegen Längsverschiebung durch die Wellenbunde 21 und 22 gesichert,
so daß er jeder Längsverschiebung der Steuerwelle 20 folgt (F i g. 2). Der
Umsteuerhebel 16 gleitet in einer Nut 23 des Mehrfachnockens 18, so daß er der Längsbewegung
des Nokkens nicht folgt. Der Einzelnocken 18a befindet sich in Stellung »Zurück«
der Steuerwelle 20 in einer Lage, in der er beim Verdrehen des Umsteuerhebels
16 im Uhrzeigersinn oder beim Niederdrücken des Knopfes 2c das Umsteuerventil 24
für Umsteuern »Voraus« öffnen kann. Der Einzelnocken 18b befindet sich in Stellung
»Voraus« der Steuerwelle 20 im Eingriffsbereich des Umsteuerventiles 25 für
Umsteuern »Zurück«. Der Einzelnocken 18c befindet sich in Stellung »Voraus« der
Steuerwelle 20 im Eingriffsbereich des Anlaßsteuerventiles 26. Der Einzelnocken
18d befindet sich in Stellung »Zurück« der Steuerwelle 20 im Eingriffsbereich
des Anlaßventiles 26. Die Ventile 24, 25, 26 enthalten die Ventilkegel
24a, 25a und 26a sowie die Druckfedern 24b, 25b
und 26b, welche die
Ventilkegel auf ihrem Sitz halten. Zu den Umsteuerventilen 24 und 25 führt die von
dem Druckminderventi127 kommende Leitung 28, in der ein Druck von etwa 8 kg/cm2
herrscht. Zum Druckminderventil 27 führt der Zweig 29a der Hochdruckluftleitung
29 und zum Anlaßsteuerventil 26 der Zweig 29b derselben Leitung, während
die Leitung 29 selbst mit dem Anlaßluftventil 30 verbunden ist. Das Anlaßluftventil30
enthält das Kolbenventil 30a. In den Raum 30b über dem Kegel 30c des Kolbenventilen
30a mündet die Leitung 29. Das Anlaßluftventil 30 ist durch die Leitung 31 mit den
nicht dargestellten auf den Maschinenzylindern sitzenden Anlaßventilen verbunden.
In den Raum 34d über dem Kolben 30e führt die von dem Absperrorgan 50 kommende Leitung
32 c. Vom Umsteuerveniil 24 führt die Leitung 33 mit ihrem Zweig 33 a zu dem Ölzylinder
35a. Vom Umsteuerventil 25 führt die Leitung 34 mit ihrem Zweig 34a zu dem
Ölzylinder 35b des Verschiebezylinders 35. Die Ölzylinder 35a, 35b
stehen mit den Räumen 35c und 35d vor und hinter dem Verschiebekolben
35e in Verbindung, der auf der Steuerwellenverlängerung 19 befestigt ist.
Die Steuerwellenverlängerung 19 ist mit der Steuerwelle 20, gegenüber derselben
drehbar, in Achsrichtung jedoch fest verbunden. Von deni Druckminderventil 27 führt
die Leitung 36 über das Absperrventil 37 zu dem Raum 5 des Gehäuses 4. Von
dem Stopventil 3 führt die Leitung 38 zu der Öffnung 39b des Doppelrückschlagventiles
39, in dem der Ventilkolben 39a gleitet und entweder die Öffnung 39b oder
die Öffnung 39c mit der Öffnung 39d verbindet. Die Zweige 33b und 34b der Leitungen
33 und 34 sind an die Öffnungen 40c und 40b des Doppelrückschiagventiles
40 angeschlossen, in dem der Ventilkolben 40a gleitet und entweder die Öffnung
40b oder die Öffnung 40c mit der Öffnung 40d verbindet. Die öffnung 40d ist über
die Leitung 41 mit der Öffnung 39c des Doppelrückschlagventiles 39 verbunden.
Von der Öffnung 39d des Doppelrückschlagventiles 39 führt die Leitung
42 zu dem Betätigungszylinder 46, in dem
der Kolben
46a gleitet. Der Kolben 46a ist mit Hilfe der Kolbenstange 46b und des Bundes 46c
über den Winkelhebel 47 in der Lage, die Regelstange 45 der Kraftstoffeinspritzpumpe
in Nullförderrichtung zu verschieben. An dem Winkelhebel 47 befindet sich die Raste
47 b, in die die Klinke 48 mit ihrer Rolle 48a unter der Wirkung der Feder 49 einrasten
kann, wenn die Regelstange 45 in Nullförderstellung steht. An der Kolbenstange
46b befindet sich der Teller 46d, der die Klinke 48 wieder aus dem Bereich der Raste
47b bringt. An dem Winkelhebel 47 befindet sich der bogenförmige Vorsprung 47a,
der die Klinke 48 beim Anlassen und während des Betriebes in einer Lage hält, in
der das Absperrorgan 50 geöffnet ist. Das Absperrorgan 50 enthält den Ventilkegel
50a
und die Druckfeder 50b. Es verbindet in geöffnetem Zustand den
Raum 30d über die Leitungen 32, 32b und 32c mit dem Anlaßsteuerventil 26 oder entlüftet
ihn in geschlossenem Zustand ins Freie. In die vom Anlaßsteuerventil 26 zu der Kolbenoberseite
46e des Kolbens 46a führenden Leitungen 32, 32a und 32d ist das drehzahlabhängige
Steuerorgan 51 eingeschaltet. Es besteht aus dem Fliehkraftregler 52 mit dem Gewichtshalter
52a und den Fliehgewichten 52b. Der Gewichtshalter 52a ist
auf der Welle 53 befestigt, die in nicht dargestellter Weise von der Dieselmaschine
angetrieben wird. Die Fliehgewichte 52b übertragen die bei schneller Drehung
der Welle 53 entstehenden Fliehkräfte über das Drucklager 54 auf die Muffe 55, die
in dem Ventilgehäuse 56 mit ihrem mittleren zylindrischen Teil 55a annähernd
dichtend geführt ist. An dem mittleren Teil 55a befindet sich ein Absatz
55b, der zusammen mit einer durch den Gummiring 1 6a gebildeten Geg
e nfläche des Gehäuses 56 ein erstes Absperrventil bildet, das die Verbindung zwischen
den Leitungen 32a und 32d öffnet und schließt. Auf die eine Stirnseite
55c der Muffe 55 wirkt die Kraft der Feder 57, die durch die
Schraube 58 einstellbar ist. Dieser Federkraft entgegen wirken die an der
anderen .Stirnseite 55d angreifenden Fliehkräfte. Auf dem mittleren Teil
55a der Muffe 55 befindet sich ein zweiter Absatz 55e, der zusammen
mit einer durch den Gummiring 56b dargestellten Gegenfläche des Gehäuses
56 ein zweites Absperrventil bildet, das die Entlüftungsbohrung 55f beherrscht.
Wenn das erste Absperrventil geöffnet ist, ist das zweite Absperrventil geschlossen
und umgekehrt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung soll an Hand eines Umsteuervorganges
beschrieben werden.
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In der Zeichnung (F i g. 2) ist die Steuerwelle 20
in .Stellung
»Voraus« dargestellt. Wird der Druckknopf 1c niedergedrückt, so wird der Raum 12
des Betätigungszylinders 8 über die Leitung 13 mit Druckluft beaufschlagt, und der
Umsteuerhebel16 geht in die Stellung Z. Der Umsteuerhebel 16 kann auch von Hand
in diese Stellung gelegt werden. Dadurch wird der Mehrfachnocken 18 entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht und der Einzelnocken 18b öffnet das Umsteuerventil25,
welches den Ölzylinder 35b über die Leitung 34 und den Zweig 34a beaufschlagt.
Gleichzeitig strömt Druckluft über den Zweig 34 b zu der Öffnung 40b des Doppelrückschlagventiles
40, drückt den Ventilkolben 40a auf die Öffnung 40c, wodurch der Druckluft
der Weg zur Öffnung 40d freigegeben ist, wobei die Druckluft über die Leitung 41
zur Öffnung 39c des Doppelrückschlagventiles 39 strömt, dort den Ventilkolben 39a
auf die Öffnung 39b preßt, die Öffnung 39d somit freilegt und über die Leitung 42
die Kolbenseite 46f des Betätigungszylinders 46 beaufschlagt. Der Kolben 46a geht
in seine obere Stellung und verschiebt mit Hilfe der Kolbenstange 46b und des Winkelhebels
47 die Regelstange 45 in Nullförderstellung, wobei die Rolle 48a an der Raste 47b
einrastet und wodurch die Drehzahl der Maschine sinkt. Inzwischen ist die Steuerwelle
nach links gewandert, wobei der Einzelnocken 18b kurz vor Erreichen der linken Endlage
außer Eingriff des Ventilkegels 25a gekommen ist; während der Einzelnocken 18d das
Anlaßsteuerventil 26 geöffnet hat. Es sei angenommen, daß die Drehzahl der Maschine
infolge der Turbinenwirkung der Schiffsschraube noch so hoch sei, daß ein sicheres
Umsteuern ausgeschlossen ist. In diesem Falle pressen die Fliehgewichte
52b den Absatz 55b auf den Gummiring 56a, so daß die Verbindung zwischen
den Leitungen 32, 32a und der Leitung 32d -abgesperrt ist. Der Kolben 46a bleibt
in seiner oberen Stellung und das Absperrorgan 50 bleibt geschlossen. An der Muffe
55 greifen lediglich die Fliehkräfte und die Kraft der Feder 57 an, da der Durchmesser
des mittleren Teiles 55a der Muffe 55 dem Wirkdurchmesser der Dichtstelle
zwischen dem Absatz 55b und dem Gummiring 56a gleicht. Die Kolbenseite
46e ist über Oie Leitung 32d und die Entlüftungsbohrung 55f ins Freie entlüftet,
da der Absatz 55e von dem Gummiring 56b abgehoben ist. Sinkt die Drehzahl
auf einen für das Umsteuern ungefährlichen Wert, so überwindet die Kraft der Feder
57 die von den Fliehgewichten ausgeübten Kräfte und hebt den Absatz 55 von dem Gummiring
56a ab. Nun lastet der Druck der Anlaßluft auf der Muffe 55 und preßt sie
mit ihrem Absatz 55e gegen den Gummiring 56b, wodurch die Entlüftungsbohrung
55f gegenüber der Außenluft abgesperrt wird. Die Seite 46e des Kolbens 46a wird.
unter Druck gesetzt, die Kolbenstange 46b geht nach unten, die Klinke 48 klinkt
auf dem kreisbogenförmigen Vorsprung 47a ein und hält das Absperrorgan 50 in geöffneter
Stellung. Die Verriegelung der Rolle 48a mit der Raste 47b wird gelöst und die Regelstange
dem Einfiuß des nicht dargestellten Drehzahlreglers freigegeben, der sie in Stellung
für volle Einspritzmenge bringt. Von dem geöffneten Anlaßster.erventil26 strömt
Druckluft hohen Druckes über die Leitungen 32, 32b und 32c zu dem Anlaßluftventil
30, öffnet dieses, wodurch die Maschinenzylinder Druckluft erhalten. Dadurch wird
die Maschine abgebremst und in Drehrichtung »Zurück« angelassen. Wird der Druckknopf
1c bzw. der Umsteuerhebe116 losgelassen, so kehrt letzterer unter der Wirkung der
Feder 10 bzw. weil die Kammer 12 entlüftet ist, in die Mittellage zurück. Dadurch
gerät der Einzelnokken 18d außer Eingriff des Anlaßsteuerventiles 26, dieses und
das Anlaßluftventil 30 schließen, und die Anlaßluftzufuhr hört auf, so daß
die Maschine normal arbeitet. Inzwischen ist die Drehzahl der Maschine auf den Normalbetrag
gestiegen, auf dem Absatz 55b lastet kein Druck mehr, da das Anlaßsteuerventi126
geschlossen ist, so daß die von den Fliehgewichten 52b ausgeübte Kraft die
Kraft der Feder 57 überwindet und den Absatz 55b auf den Gummiring
56a preßt. Dadurch wird die Kolbenseite 46e entlastet, das Absperrorgan 50
bleibt aber so lange geöffnet, bis ein neuer Umsteuervorgang auftritt oder bis die
Maschine durch Verschieben der Regelstange 45 in Nullförderstellung abgestellt wird,
was ein Schließen des Ventiles 50 zur Folge hat.
Beim Umsteuern
von »Zurück« auf »Voraus« läuft sinngemäß der gleiche Vorgang ab mit dem Unterschied,
daß in diesem Falle das Ventil 2 sowie die Einzelnocken 18a und 18c in Tätigkeit
treten und daß der Raum 7, der Ölzylinder 35a und der Raum 35c des Verschiebezylinders
35 beaufschlagt werden.
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Beim Niederdrücken des Knopfes 3c strömt Druckluft über das Ventil
3 durch die Leitung 38 zu dem Doppelrückschlagventi139, drückt dort den Ventilkolben
39¢ auf die Öffnung 39c, der dadurch die Öffnungen 39b und 39d verbindet, so daß
die Druckluft zu dem Betätigungszylinder 46 strömen kann. Die Regelstange 45 wird
dadurch, wie bereits vorher beschrieben, -in Nullförderstellung gebracht. Wird der
Knopf 3c losgelassen, so wird die beschriebene Leitungsverbindung entlüftet, wobei
die Regelstange 45 in Nullförderstellung eingetastet bleibt, bis die Maschine wieder
angelassen wird.