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Sicherheitsventil für Dieselmotoren mit luftloser Einspritzung Die
kompressiorlosen Diesehnotonen zeigen oft unerwünschte Höchstdrücke, welche das
Getriebe übermäßig beanspruchen, ohne einen dementsprechenden Leistungsgewinn zu
ergeben.
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Werden solch übermäßig hohe Druckspitzen durch ein Sicherheitsventil
nach außen abgeleitet, so geht ein Teil der gespannten Gase verloren, und .dies
ist hesunäers dann, wenn ;es sich um häufig auftretende Druckspitzen, wie sie z.
B. beim Anlassen re;gelmäßig vorkommen, nachteilig für die Leistung dies Motiors.
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Man hat daher bereits: diese Druckspitzen auf besondere Kolben wirken
lassen oder die Gase in besonderen Behältern gesammelt.
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Erwünscht ist es jedoch für das günstige Arbeiten ides Motors, daß
die aus den Druckspitzen :stammenden. gespannten Gase sofort ohne jede Abkühlung
an der Expansionsarbeit teilnehmen.
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Diese Aufgabe kann nur durch ein Sicherheitsventil erfüllt werden,
welches in eine am Zylinder oder Zylinderkopf angebrachte Zusatzkammer öffnet, sobald
der Höchstdruck überschritten wird, und nun in seiner geöffneten Lage verbleibt,
bis die Expansion stattgefunden hat.
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Dies wird dadurch erreicht, daß der Kregel des Sicherheitsventils
mit reinem auf der anderen Seite nur vom Außendruck belasteten Kolben bekannter
Art verbunden ist, welcher nach dem öffnen des Sicherheitsventils vom Innendruck
des Arbeitsraumes belastet wird und so bemessen ist, daß dieser Druck ihn gegen
idie Federbelastung nach außen drückt. E,rfind@ungsgemäß wird hierbei das Sicherheitsventil
mittels des an seiner Spindel angebrachten, nasch :außen dichtenden Kolbens beim
öffnen auf eine obere, als Ventilsitz ausgebildete Hubbegrenzung gedrückt, und es
wird mit einer Einrichtung zum Ableiten des beim Schließen dies Ventils in der Zusatzkammer
verbleibenden Überdrucks versehen.
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Dieser nach dem Schließen izi der Zusatzkammer verbleibende geringe
Druck kann auf verschiedene Axt abgeleitet werden.
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Es kann hierzu ;ein Rückschlagventil verwendet werden, welches nach
dem Zylinderinneren öffnet.
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Zur Entfernung dieses Restdruckes kann auch eine kleine, vom Hilfskolben
aufgesteuerte Nut dienen, welche den Zusatzraum mit einem nach der Auspuffleitung
führenden Raum verbindet. Damit hierbei während des öffnens des Sicherheitsventils
kein Gasverlust entsteht, kann an dem Ventilkeb 1 ein kleiner kolbenartiger Ansatz,
welcher einen z,eitweis£n Schluß beim Beginn des öffnens bewirkt, .angebracht sein.
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Es kann .aber auch vorn Vorteil sein, das einmal geöffnete Sicherheitsventil
durch eine äußere, am praktischsten von der Auspuffve:ntils-teuerung abgeleitete
mechanische Steuerung festzuhalten und erst vor Beginn des Kompressionshubes auf
seinen Sitz fallen zu lassen.
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Das Arbeiten eines solchen Ventils wird sich ungefähr folgendermaßen
gemäß dem Diagramm Abb. i abspielen: Die Kompression
beträgt diort
normal 35 Atm. Das Sicherheitsventil ist auf q.o Atin. @eingc-stellt. Bleibt nun
der Zündungsdruck unter 4oAtm., so wird sich das Sicherheitsventil nicht bewegen.
Steigt er aber infolge Zündverzu"--s oder zu rascher Einspritzung auf höheren, Druck,
so würde das Diagramm etwa die Form der ausgezogenen Linie mit 70 .Alm. Höchstdruck
annehmen. Bei q.o Atm. öffnet jedoch das Sicherheitsventil und vergrößert den Verbrennungsraum
um das Volumen dies Zusatzratunes. In diesen tritt nun ein Teil der hochgespannten
Gasse lein, wodurch das Ventil sofort auf seine Hubbegrenzung gedrückt wird und
den vollen Ventilquerschnitt freigibt. In dieser Lage bleibt es wähnend der Expansion,
welche ,auf einer etwas höher geie eisen Adiabate (in der Abbildung gestrichelt)
stattfindet, bis der Druck im Arbeitsraum so weit gesunken ist, .daß das selbsttätige
Sicherheitsvsentil bei a schließt.
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Die Abb, a bis q. zeigen verschiedene Ausführungsformen des . Sicherheitsventils
im Schnitt.
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Abb. a zeigt ein solches Sicherheitsventil in einfachster Ausführung.
In den Zylinderkopf A ist das Sicherheitsventil B eingesetzt, welches
durch die B;elastungsfseder C gles.chlossen gehalten wird. Diese ist durch den Deckel
D gehalten, welcher ins Freie oder nach der Auspuffleitung zu entlüftet ist. Der
obere Rand E des Kolbens ist auf den Rand des Deckels D aufgeschliffen. Zur Beseitigung
des Restdruckes ist das kleine, nach dein Arbeitsraum zu öffnende Rückschlagventil
L angebracht. Statt desselben kann die punktiert gezeichnete N ut H' bei gleichzeitiger
Verwendung einer Entlüftung durch das punktiert angedeutete Rohr K, nach der Auspuffleitung
verwendet werden. Drei Ventilkegel erhält dann einen kleinen kolbenartigen Ansatz
.l' vor dem Kegel, damit im Augenblick des öffnend .ein provisorischer Abschluß
gegen den Arbeitsraum so lange, bis die Nut H' geschlossen ist, gesichert wird.
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Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Abb. a ist die folgende:
Bei der Kompression ist der Ventilkegel B durch die Feder C auf seinen Sitz gedrückt,
die Kammer daher drucklos.
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Im Augenblick der Überschreitung des Höchstdruckes ;durch eine scharfe
Zündung wird der Ventilkegel B gehobren, und res tritt Druckgas in die Kammer, wirkt
auf den Kolben E und drückt den Kegel .B auf seine Hubbegrenzung D.
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Erst wenn der Innendruck so weit giesunken ist, daß die Belastungsfeder
deal Kegel zurückdrückt, beginnt dieser dis, Rückbew egung, wobei er z. B. die Nut
H' freigibt, durch welche der Restdruck nach außen entweicht,
| oder dasselbe nach dem Zylinderraum durch |
| das kleine Rückschlagv entil L geschieht. |
| Bei der Ausführung nach Abb.3 geschieht |
| iese Entfernung der Restgase, durch die Fiest- |
| ##ajtun# des Kegels in seiner oberen Lage vor- |
| #2C |
| #,ihittels der Stanze D-. |
'"- Abb. 3 zeigt die mechanische Steuerung des *Schlusses des selbsttätig geöffneten
Sicherheitsventils durch den Hebel des Auspuffventils, welcher das Sicherheitsventil
kurz vor Arbeitshubende auffängt oder, wenn es dann schon geschliossen ist, wieder
öffnet s und während des Auspuffhubes offen hält, damit d er Restdruck e;niZVeicht.
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Abb. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei wielch er der Restdruck dadurch
nahezu unwirksam gemacht ist, daß der wirksame Querschnitt des Hilfskolbens E nur
wenig größer als derjenige des Durchgangskegels B ist, während der unter ihm angeordnete
Ventilteiler R wie bei dein vorher beschriebenen wesentlich größer ist.
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Der Hilfskolben arbeitet in seinem Futter L, welches an seinem unteren
Ende den Ventilsitz IN trägt und durch den Deckel D festge-Pdrückt wird.
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In diesem Deckel. D befindet sich die Feder C, welche vermittels des
Federtellers O den HilfskolbenE und -damit den KegelB belastet.
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Die oben beschriebene Vorrichtung ist nun nicht nur geeignet, den
über den Kompnessionsenddruck ansteigenden Zünddruck zu be-
seitigen. Bei
guter Kühlung des Kolbens und Verwendung hitzebeständigen Materials besteht erfahrungsgemäß
keine Schwierigkeit darin, das Ventil dauernd mitarbeiten zu lassen, ja sogar es
zeitweise z. B. bei dauernder Vollast aufzuhängen, indem man die 'Zug -stangeD in
Abb.3 in. der oberen Endlagie festhält.
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Dann aber ergibt sich die Möglichkeit für folgendes günstiges Arbeiten:
Zum Anlassen wird doch nur die hohe Temperatur primär gewünscht, sekundär die hohe
Kompression und nur wegen dieser endlich ein großes Kompressionsverhältnis.
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Mit diesem muß man so weit gehen, daß bei kalter Maschine das Zünden
noch erfolgt, weil bei kalter und langsam laufender Maschine die Kompression «'feit
unter derjenigen bei warmer, schnell laufender bleibt.
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Hat man das Sicherheitsventil so eingestellt, daß es hauptsächlich
zur Sicherung während des Anlassers dient, so besteht kein zwingender Grund, es
während des Vollbetriebes nnitarbeiten zu lassen. Man kann es, sobald die Maschine
warm genug geworden ist, in der öffnungsstellung auffangen und hierzu eine einfache
msechanische Verregeltuig, die von Hand ioder durch die Erwärmung der
Maschine
thermostatisch bewirkt wird, verwenden. Eine einfache Lösung hierfür besteht darin,
das Ventil nach Abb. 2 oder den Kolben allein aus einem Material von höherer Wärmedehnung,
z. B. aus Kupfer-Beiyllium-Legierung, herzustellen und den Kolben mit so viel Spiel
arbeiten zu lassen, daß er bei einem durch Versuch ermittelten Erwärmungszustand
der Maschine festsitzt und bei der Abkühlung wieder lose wird und .arbeitet.
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Damit er hierbei in der höchsten Stellung festsitzt, wird. er sowie
.seine Führung ein wenig konisch nach oben zu enger gemacht. Das Anwendungsgebiet
des Sicherheitsventils reicht also von der Verwendung als reines Sicherheitsventil
zur Sicherung gegen Höchstdrücke während des ganzen Betriebes bis zu der Verwendung
als eigentliches Sicherheitsventil nur beim Anlassern und als Zuschaltorgan, das
während des Betriebes dauernd die Kompression herabsetzt.
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Die Drosselung der Gase beim Ein- und Ausströmen aus der Zusatzkammer
kann wie bei Kammern mit konstanter Öffnung zur Verwirbelung und Zerstäubung benutzt
werden.