Titel: KREUL: Neuere doppeltwirkende Zweitakt-Dieselmotoren
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1914, Band 329 (S. 231–234)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj329/ar329056

Neuere doppeltwirkende Zweitakt-Dieselmotoren.

Von Ingenieur Wilhelm Kreul, Elbing.

(Schluß von S. 218 d. Bd.)

Bei stehenden doppeltwirkenden Motoren ist man geneigt, auf die Vorteile vorstehender Kühlvorrichtung mit Rücksicht auf die zentrische Brennstoffeinführung zu verzichten. Für vorliegende Motorkonstruktion ist es aber nicht zweckmäßig, den oberen Zylinderteil anders wie den unteren zu gestalten, da trotz der Kolbenstange eine der zentrischen nicht nachstehende Brennstoffeinführung durch die später beschriebene Brennstoffventilkonstruktion und Anordnung erzielt wird, wobei für beide Zylinderseiten der zylindrische Verbrennungsraum gewahrt bleibt. Außerdem erreicht man durch Verwendung gleicher Zylinderseiten eine einheitliche einfache Ventilsteuerung und Motorkonstruktion. Für liegende Motoren ist der Pumpenzylinder außerdem mit einer Gleitbahn und der Pumpenkolben mit einem Gleitschuh versehen, so daß die Vorrichtung als Kühlwasserpumpe und gleichzeitig als Stütze für das Kolbenstangen- und Kolbengewicht dient. Obwohl diese besondere Kühlvorrichtung für den Bau doppeltwirkender Motoren nicht unbedingt erforderlich ist, so erscheint sie durch ihre Eigenart und Vorteile doch erwähnenswert.

Die Steuervorrichtung ist an dieser Motorkonstruktion besonders eigenartig. Eine einzige Steuerwelle betätigt die Brennstoffventile und die Spülventile beider Zylinderseiten zweier benachbarten Zylinder. Es fällt die bei stehenden Motoren übliche Zwischenwelle fort, wodurch der Steuermechanismus selbst gegenüber einfachwirkenden Motoren einfach wird. Ein einfachwirkender Vierzylindermotor der üblichen Bauart erfordert nämlich zur Betätigung der Ventile eine stehende Zwischenwelle und eine liegende Steuerwelle mit zwei Schraubenräderpaaren. Die Steuerwelle, die hierbei von einem Ende aus von der Zwischenwelle angetrieben wird, erhält, da sie vor allen Zylindern angeordnet sein muß, eine beträchtliche Länge, die mit der Zylinderzahl noch entsprechend zunimmt. Im Gegensatz hierzu sind beim vorliegenden doppeltwirkenden Vierzylindermotor nur zwei kurze Steuerwellen und zwei Schraubenräderpaare ohne Zwischenwelle erforderlich, wodurch außer der Einfachheit noch ein günstigeres Arbeiten der Steuerung erzielt wird (Abb. 3). Ein Vergleich mit dem eingangs erwähnten doppeltwirkenden Dreizylindermotor, der für die Betätigung der Ventile drei Steuerwellen und zwei Zwischenwellen nebst vier Schraubenräderpaaren benötigt, läßt die Vorteile vorliegender Steuerung ohne weiteres erkennen.

Die Steuerung der Spülventile selbst erfolgt durch Steuerringe (Abb. 5), die auf Stützen, die am Zylinder befestigt sind, leicht drehbar auf Kugeln lagern (Abb. 1). Diese Steuerringe, die wegen der Zugänglichkeit zu den Ventilen leicht zerlegbar sind, gestatten die Betätigung einer größeren Anzahl Ventile in der verschiedensten Weise, wobei unabhängig von der Anzahl Ventile nur ein Antriebsorgan (Steuerungsnocke oder Exzenter) auf der Steuerwelle erforderlich ist. Der Steuerring kann hierbei zweckmäßig als Oelbehälter ausgebildet werden, so daß die Ventilhebel und Rollen in einem Oelbade laufen und der Verschleiß der beweglichen Teile ein geringer ist.

Aus den Abbildungen sind verschiedene Antriebsarten, die sich durch den Steuerring ermöglichen lassen, ersichtlich. Abb. 5 zeigt beispielsweise die Betätigung der Spülventile mittels Nockensteuerung, wobei die Konstruktion der Spülventile nach Abb. 12 gewählt ist. Der Steuerring, der mittels der Steuerwellennocke hin- und herschwingt, wird durch die Ventilfedern e (Abb. 12, in Abb. 5 nicht sichtbar) und durch die Ventilhebel in die Anfangsstellung zurückbewegt. Die in Abb. 5 sichtbare Feder, die an dem Steuerring und einem Ventilgehäuse befestigt ist, bezweckt ein dauerndes Anlehnen der Steuerringsnocken an die Ventilhebel, um ein möglichst geräuschloses Arbeiten der Steuerung zu erzielen. Mit Rücksicht auf die Massenwirkung ist es vorteilhafter, insbesondere bei Schnelläufern den Steuerring mittels Exzenters anzutreiben, wie die Abb. 9 und 12 erkennen lassen, wodurch die Ventilhebel fortfallen und sich die Steuerung noch vereinfacht. Es sei noch erwähnt, daß sich der Antrieb der Spülventile auch durch sonstige |232| ringartige Gebilde, z.B. durch miteinander verbundene Zugstangen mittels Exzenters oder Nocke ermöglichen läßt (Abb. 8).

Textabbildung Bd. 329, S. 232

Die Brennstoffventile werden mittels Nockenhebel und Zugstangen von der Steuerwelle betätigt (Abb. 3). Diese Antriebsweise entspricht der üblichen, nur ist durch die wagerechte Anordnung des Gestänges ein Abstützen des Gestängegewichts zweckmäßig. Falls weniger auf gute Zugänglichkeit zu den Brennstoffventilen gesehen wird, aber mehr auf Verringerung der Steuerungsteile, so können bei entsprechender Anordnung der Ventile in den Zylinderdeckeln die Steuerwellennocken direkt die Ventilhebel betätigen, so daß die Zugstangen und Nockenhebel fortfallen (Abb. 10). Die in den Abb. 7 und 10 sichtbare Feder, die mit dem Ventilhebel und dem Ventilgehäuse bzw. Zylinderdeckel verbunden ist, ermöglicht eine dauernde Berührung des Ventilhebels mit seiner Anschlagestelle zum Zweck geräuschlosen Ganges und genauen Arbeitens des Brennstoffventils.

Textabbildung Bd. 329, S. 232

Gegenüber den üblichen Brennstoffventilen doppeltwirkender Motoren weist das vorliegende Brennstoffventil (Abb. 11) wesentliche Aenderungen auf. Die Ventilstangenspitzen a und b bilden im geschlossenen Zustand des Ventils eine Kammer c, die gegen den Verbrennungsraum e und gegen die im Raum h befindliche Einblaseluft abgedichtet ist. Die Ventilstangenspitze b, die wesentlich die gleiche Bewegung wie die Ventilstangenspitze a macht, kann zweckmäßig auf der Brennstoffnadel d in der Längsrichtung etwas Spiel haben, so daß beim Aufsetzen der Ventilstangenspitze a auf ihren Sitz, die Einblaseluft die Ventilstangenspitze b noch besonders gegen ihren Sitz drückt, wodurch ein dauerndes Dichthalten beider Ventilstangenspitzen gewährleistet ist. Die Kammer c ist zur Aufnahme des flüssigen Brennstoffes, der von B kommt, bestimmt, so daß der Brennstoff in allen Lagen des Ventils der Einblaseluft vorgelagert ist. Die Kammer c kann zweckmäßig mit Rillen oder Kanälen versehen werden. Vor der Ventilstangenspitze a befindet sich der aus der Platte k und Spitze oder Schneide f bestehende Verteiler, der den Brennstoff zu mehreren, beliebig voneinander entfernten Zerstäubungskörpern (Düsen, Brennern oder Zerstäuberplatten), die am Verbrennungsraum angeordnet sind, leitet. Der sonstige Aufbau des Brennstoffventils entspricht der üblichen Ausführung. Durch diese Konstruktion des Brennstoffventils wird trotz seiner liegenden Bauart eine gute Brennstoffeinführung erzielt und genügt für die verschiedensten Motorbauarten (Motoren mit großem Verbrennungsraum oder mit unterteiltem Verbrennungsraum) ein einziges Ventil.

Textabbildung Bd. 329, S. 232

Bei der Motorkonstruktion nach den Abb. 1 bis 7, wo der zylindrische bewährte Verbrennungsraum beibehalten ist, wird der Brennstoff mittels eines Ventils an zwei Stellen in den ringförmigen Verbrennungsraum eingeführt. Das Ventil ist hierbei im Zylinderdeckel angeordnet. Der Brennstoff tritt parallel zur Zylinderachse in den Verbrennungsraum und wird somit stets in den Kern der verdichteten Luft geleitet, ohne daß eine Unterteilung des Verbrennungsraumes erforderlich ist.

Abb. 11 zeigt außer der Konstruktion dieses Brennstoffventils beispielsweise die Einführung des Brennstoffes mittels eines Ventils in einen unterteilten Verbrennungsraum, wobei zwei Aussparungen im Zylinderdeckel, worin auch die in der Zylinderwand angeordneten Spülventile münden, die Verbrennungsräume e darstellen; das Brennstoffventil ist hierbei im Zylinderdeckel untergebracht. Bei der Anwendung des Brennstoffventils nach Abb. 11 kann vor dem Zerstäubungskörper g die Zunge i |233| angeordnet werden, die als Prallkörper dient, gegen den die Brennstoffstrahlen stoßen. Durch die Gestalt der Zunge i werden Teile des Brennstoffstrahles nach mehreren Seiten abgelenkt und in die Mitte der verdichteten Luft geleitet. Die Anordnung der Zunge i in dem taschenartigen Verbrennungsraum ermöglicht auch die Verkleinerung des Verbrennungsraumes, so daß die für die Verbrennung nötige Verdichtung stets erreicht werden kann. Das ist besonders dort wichtig, wo die Spülventile statt in der Zylinderwand konzentrisch im Zylinder deckel angeordnet werden. Auch kann dieses Brennstoffventil in der Zylinderwand angeordnet werden (beispielsweise bei Doppelkolbenmotoren), so daß die Nachteile der bisher angewandten zwei Ventile fortfallen würden.

Trotz der Betätigung vieler Spülventile und der Brennstoffventile beider Zylinderseiten zweier Motoren sind auf der Steuerwelle nur wenige Antriebsorgane (Steuernocken bzw. Exzenter) erforderlich. Das ist besonders für direkt umsteuerbare Motoren, wie sie für den Antrieb von Schiffen und neuerdings auch von Lokomotiven erforderlich sind, vorteilhaft, indem die üblichen Umsteuerungseinrichtungen noch vereinfacht werden können. Im übrigen sind mit dieser Steuervorrichtung bei entsprechender Einrichtung alle bekannten Mittel zur Umsteuerung ausführbar, u.a. Verschieben oder Verdrehen der Steuerwelle, Verstellung der Nockenhebel mittels Hilfswelle.

Textabbildung Bd. 329, S. 233
Textabbildung Bd. 329, S. 233

An dieser Motorbauart sind die Spülventile bekannter Konstruktion benutzbar. Das in Abb. 12 dargestellte Spülventil erscheint aber aus dem Grunde zweckmäßig, weil dadurch u.a. der Vorteil entsteht, daß hier für die üblichen Umsteuerungsvorrichtungen der direkt umsteuerbaren Motoren fortfallen können. Bei der Verdrehung des Steuerringes a wird mittels des Nockens b die Hülse c, die über die Ventilspindel lose gleitet, zurückgeschoben. Hierbei wird die Feder d gespannt, welche mit der Hülse c und der Ventilspindel durch die Mutter f fest verbunden ist und das Oeffnen des Ventils bezweckt. Die Stärke der Feder d ist nun so gewählt, daß bei der Verdrehung des Steuerringes a das Ventil g sich erst dann öffnet, wenn die Spannung der Auspuffgase im Zylinder einen gewissen Tiefstand erreicht hat; nur dann wird bekanntlich die Wirkung der nunmehr eintretenden Spülluft eine gute und wirkungsvolle sein. Das Schließen des Ventils erfolgt zwangsweise nach Freigabe der Hülse c durch den Nocken b mittels der Ventilfeder e in der üblichen Art. Das Oeffnen des Spülventils ist also kein selbsttätiges, sondern erfolgt unter dem Einfluß des Spülluftdruckes und der Feder d, also zwangsweise, jedoch unabhängig von der Stellung der Steuerwelle.

Erreicht die Kurbel im Kurbelkreis jene Stelle, welche im Diagramm (Abb. 13) mit 1 bezeichnet ist, so gleitet die Hülse c zurück. Das Ventil öffnet sich aber erst unter dem Einfluß der dann gespannten Feder d und der Spannung der Auspuffgase bei der Kurbelstellung 2. Bei der Kurbelstellung 3 schließt sich das Spülventil. Die Bezeichnungen 1', 2' und 3' gelten für die entgegengesetzte Drehrichtung der Kurbel. Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß die Stellungen 1 und 3 bzw. 1' und 3' symmetrisch zur Kolbenweglinie liegen, so daß auch der Nocken oder das Exzenter symmetrisch zur Kolbentotpunktlage auf der Steuerwelle angeordnet werden kann und beispielsweise zum Umsteuern des Motors die Steuerwelle weder verschoben noch verdreht zu werden braucht. Ferner wird durch diese Spülventilkonstruktion verhindert, daß das Spülventil gegen zu hohe Auspuffdrucke anhebt, so daß Gestängebrüche ausgeschlossen sind. Auch können die Auspuffgase nicht in den Spülluftaufnehmer zurückschlagen, da ein Anheben des Spülventils gegen höheren als den Aufnehmerdruck nicht möglich ist. Diese letzteren Vorteile sind besonders wichtig für Fahrzeugzweitaktmotoren, bei denen in bekannter Weise durch Drosseln der Auspuffgase eine Leistungssteigerung erzielt werden soll. Bisher war eine Drosselung der Auspuffgase zu vorstehendem Zweck ohne besondere Maßnahmen nicht ungefährlich. Diese Gefahren sind durch dieses Spülventil völlig selbsttätig beseitigt, so daß selbst eine Unachtsamkeit des Maschinisten, in dieser Richtung hin, wirkungslos wäre.

Die Hülse c ist mit Rollen versehen und hat an ihrem Ende eine Führung, die verhindert, daß der durch die Nocken b entstehende seitliche Druck auf die Ventilspindel übertragen Wird. Die Ventilspindel selbst lagert in einer glasharten, geschliffenen Büchse, die den vorzeitigen Verschleiß der betreffenden Teile verhindert.

Die Abb. 12 stellt keine genau durchgeführte Konstruktion dieses Spülventils dar, sondern sie soll lediglich zur Erklärung dienen; dasselbe wäre auch in entsprechender Weise von den Abb. 8 und 11 zu sagen.

Bei Anwendung dieser Spülventilkonstruktion werden mithin die üblichen Mittel zum Umsteuern des Motors wesentlich vereinfacht, da dann nur noch die Aenderung das Vor- und Nacheröffnens des Brennstoffventils in bezug auf die Kolbentotpunktlage erforderlich ist und dieses |234| in bekannter Weise, z.B. durch Verstellen der Nockenhebel mittels Hilfswelle, erfolgen kann. Aber auch für das Brennstoffventil ist eine Konstruktion gefunden, bei welcher die Aenderung des Vor- und Nacheröffnens des Ventils für die Zwecke der Umsteuerung ohne jedes Hilfsmittel durch die innere Einrichtung des Brennstoffventils erfolgt. Da ein sicheres Funktionieren dieses Ventils für alle Fälle Voraussetzung ist, geschieht das Oeffnen und Schließen des Ventils in allen Einzelheiten zwangsweise. Die üblichen Umsteuerungsvorrichtungen können also völlig fortfallen.

Der in den Abb. 1 bis 7 dargestellte Motor ist mit diesen Ventilen versehen, die sonstige Ausführung der Steuervorrichtung kann bei gleich umlaufenden und umsteuerbaren Motoren dieselbe sein. Zum Zwecke des Anlassens bzw. Umsteuerns erhält der direkt umsteuerbare Motor Druckluftschieber, die mittels Kulissensteuerung betrieben werden; aus den Abb. 3 und 4 ist die Anordnung eines Druckluftschiebers und der Kulissensteuerung ersichtlich. Der Druckluftschieber steuert die von dem Anlaßluftbehälter kommende Druckluft, die dann zu den Anlaßventilen geleitet wird. Die Anlaßventile, von denen je eines in dem unteren und oberen Zylinderdeckel untergebracht ist, werden durch die Druckluft, die zum Anlassen des Motors den Zylindern zugeführt wird, geöffnet und durch Ventilfedern geschlossen, sobald die Zuführung der Druckluft aufhört. Hierdurch werden die zum Schließen und Oeffnen der Anlaßventile üblichen Steuervorrichtungen ebenfalls überflüssig. Die vorliegende Konstruktion gestattet eine veränderliche Füllung der Zylinder von Null bis etwa 65 v. H. Bei der gewählten Anordnung der Kurbeln (die Kurbeln je zweier benachbarten Zylinder sind um 180° und die Kurbeln sämtlicher Zylinder um 90° gegeneinander versetzt) und bei der Anwendung zweier Druckluftschieber ist es möglich, den Vierzylindermotor aus jeder Kurbelstellung anzulassen bzw. umzusteuern, wobei die entgegengesetzten Seiten zweier benachbarten Zylinder gleichzeitig Druckluft erhalten. Die Brennstoffzuführung ist mit der Anlaßvorrichtung derartig blockiert, daß bei Bewegung der Kulisse über die Mittelstellungen hinaus, die Zuführung des Brennstoffs zum Brennstoffventil veränderlich abnimmt, so daß vor Beginn der Anlaßstellung die Brennstoffzuführung völlig abgesperrt ist.

Ein Beispiel möge die Umsteuerung dieses Motors erklären und es sei angenommen, daß der Motor zum Antriebe eines Schiffes oder einer Lokomotive bestimmt ist. Da mithin der Motor unter Belastung anzulaufen hat, werden die beiden Hebel zur Einstellung der Kulisse (in den Abbildungen nicht sichtbar) aus der Stellung, bei der die Brennstoff- und die Anlaßluftzuführung abgesperrt ist, in die Stellung „größte Füllung vorwärts bzw. rückwärts“ gebracht, wodurch sämtliche Zylinderseiten abwechselnd zu je zwei mit Druckluft arbeiten. Nach Erreichung der nötigen Geschwindigkeit werden durch Bewegen eines der beiden Umsteuerhebel in die Mittelstellung die betreffenden zwei Zylinder vom Druckluftbetrieb auf Brennstoff betrieb geschaltet, wonach auch der zweite Umsteuerhebel in die Mittelstellung gesetzt werden kann, so daß sämtliche Zylinder mit Brennstoff betrieben werden. Es ist mithin möglich, mit vier Zylindern oder mit zwei Zylindern zu fahren, wobei sowohl mit Druckluft als auch mit Brennstoffbetrieb die ausgiebigste Regulierung erzielt werden kann.

Die in den Zylinderdeckeln untergebrachten Sicherheitsventile, deren Zweck eigentlich darin besteht, bei plötzlichen, zu hohem Verbrennungsdruck (der u.a. durch Ansammeln einer zu großen Brennstoffmenge infolge teilweisen Versagens der Zündung entstehen kann) die betreffenden Zylinderseiten zu entlasten, sind für die Zwecke des Anlassens bzw. Umsteuerns noch besonders ausgebildet. Bei der Betätigung einer Zylinderseite durch die Druckluft wird das Sicherheitsventil der entgegengesetzten Zylinderseite mittels derselben Druckluft geöffnet, so daß eine teilweise Entlüftung dieser Seite bei der Kolbenbewegung erfolgt. Hierdurch kann zum Anlassen des Motors entweder Druckluft von mittlerem Druck verwendet werden oder bei Verwendung hochgespannter Luft erfolgt ein schnelleres Anlassen bzw. Umsteuern des Motors.

Bemerkenswert ist, daß sämtliche Manöver lediglich mit den beiden Umsteuerhebeln ausgeführt werden, weshalb der Maschinist seinen Stand nicht zu wechseln braucht und nachteilige Fehlgriffe vermöge der einfachen Kulissensteuerung ausgeschlossen sind. Da bei Verwendung dieser Umsteuerungsvorrichtung an Großmotoren der Druckluftschieber keine nennenswerte Vergrößerung erfährt, so genügt zur Verstellung der Kulisse stets Handbetrieb, wodurch die üblichen Umsteuermaschinen, die die Kompliziertheit einer Steuerung nicht unwesentlich vermehren und das Umsteuern verzögern, völlig fortfallen können. Es empfiehlt sich die Anwendung dieser Druckluftsteuerung selbst dann, wenn der Motor mit den üblichen Ventilformen ansgerüstet ist und die Aenderung des Vor- und Nacheröffnens der betreffenden Ventile beispielsweise durch Verdrehung der Steuerwelle um einen bestimmten Winkel erfolgt; der Antrieb der Kulisse des Druckluftschiebers kann auch von der Steuerwelle erfolgen. Ferner können die Anlaßventile bei entsprechender Anordnung von der Steuerwelle betrieben werden.

Ueberhaupt zeigen die erwähnten Beispiele, daß bei Berücksichtigung der Eigenarten dieser Motorkonstruktion die Anwendung bekannter Einzelheiten anderer Motorbauarten keine Schwierigkeiten bieten., Auch ist es ohne weiteres ersichtlich, daß vorstehend beschriebene Einzelkonstruktionen (Brennstoffventil, Spülventil, Anlaß- und Umsteuervorrichtung usw.) sich an den bekannten einfachwirkenden Motorbauarten mit Vorteil verwenden lassen.

Die Abb. 1 bis 7 lassen erkennen, daß bei dieser Motorkonstruktion selbst doppeltwirkende Motoren mittlerer Zylindergröße ausführbar sind. Bei entsprechender Anordnung sind die erwähnten Konstruktionen auch für liegende doppeltwirkende Zweitaktmotoren benutzbar. Ebenso kann an doppeltwirkenden Viertaktmotoren, insbesondere stehender Bauart, diese Steuervorrichtung verwendet werden, wenn an Stelle der Spülventile die Einlaß- und Auslaßventile konzentrisch in der Zylinderwandung oder dem Zylinderdeckel angeordnet sind und die Steuerung dem andern Arbeitsverfahren entsprechend ausgebildet ist.

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