DE69305537T2 - Zweitakt-grossdieselmotor - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweitakt-Verbrennungsgroßmotor, insbesondere Hauptmaschine eines Schiffes, mit zumindest einem hydraulisch angetriebenen Zylinderbauteil, das an dem zugehörigen Zylinder angebracht ist, wie einer Kraftstoffpumpe oder einem Auslaßventil, wobei der hydraulische Antrieb des Bauteils einen Antriebskolben umfaßt, der in einem Hydraulikzylinder gelagert ist, welcher durch einen Strömungskanal mit einem Schieberventil in Verbindung steht, dessen Schieber eine Stellung, in der der Strömungskanal mit einer Hochdruckquelle für Hydrauliköl in Verbindung steht, und eine weitere Stellung einnehmen kann, in der der Strömungskanal mit einem Niederdruckkanal in Verbindung steht, dem Schieber ein erster Kolben zugeordnet ist, der durch Hydraulikfluid in einer sich vom ersten Kolben zu einem zweiten Kolben erstreckenden Hydraulikleitung betatigt werden kann, und wobei, im normalen Motorbetrieb, der Schieber mittels einer elektrisch betätigten Positioniereinrichtung positionierbar ist, die Steuersignale von einem Motorsteuercomputer empfängt, und wobei, im Falle eines Ausfalls der normalen Motorsteuerung, der Schieber alternativ dadurch positionierbar ist, daß der zweite Kolben einem Nocken auf einer Nockenwelle folgt, die synchron mit der Kurbelwelle des Motors umläuft.
• Ein derartiger Verbrennungsmotor ist aus der internationalen Patentveröffentlichung Nr. W089/03939 bekannt, wobei die Nockenwelle eine herkömmliche Ausführung hat, deren Nocken direkt auf eine mit dem Schieber verbundene Stange oder auf einen zweiten, im Schiebergehäuse angebrachten Schieber wirkt. Die Veröffentlichung gibt ferner an, daß zwischen dem Nocken und der mit dem Schieber verbundenen Stange eine querbewegliche Stange mit einer an dem Nocken anliegenden freilaufenden Rolle eingesetzt werden kann, die es möglich macht, die Zeiteinstellung der Nockentätigkeit auf den Steuerschieber zu verändern.
• Bei den bekannten Motoren ist die Nockenwelle unmittelbar unter den Zylinderbauteilen angeordnet, die durch die Nocken zu aktivieren sind. Die Nockenwelle verläuft über die volle Längsrichtung des Motors, um auf die Zylinderbauteile sämtlicher Zylinder einwirken zu können. Als Folge ihrer Länge hat die Nockenwelle eine große Masse und ist verhältnismäßig kostenaufwendig herzustellen, ebenso wie sie viel Energie verbraucht, da sie an den Bewegungen der Kurbelwelle teilnimmt. Um eine Synchronbewegung der Nockenwelle in bezug auf die Kurbelwelle sicherzustellen, sind die beiden Wellen durch einen Kettentrieb verbunden, der bei einem Verbrennungsgroßmotor eine Masse von mehreren Tonnen aufweisen kann. Die Lager und Nocken der Nockenwelle müssen ferner geschmiert sein, was die Ausbildung von Ölkanälen und Schmierölpumpen etc. für die Nockenwelle erfordert.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Motor durch Schaffung einer kleinen Nockenwelle zu vereinfachen, die in einem Abstand von den durch die Nockenwelle aktivierten Zylinderbauteilen angebracht ist.
• Mit Blick hierauf ist der Verbrennungsmotor nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle und die zweiten Kolben an einem geeigneten Wellenantrieb, wie der Kurbelwelle, angeordnet sind, mit einer Trennung in Längsrichtung des Motors von den zugehörigen hydraulisch angetriebenen Zylinderbauteilen, und daß sich nur eine einzige hydraulische Leitung, die als hydraulische Schubstange wirkt, zwischen jedem Paar eines ersten und zweiten Kolbens erstreckt.
• Das Schieberventil erfordert nur eine verhältnismäßig kleine Kraft, um das hydraulisch angetriebene Zylinderbauteil zu aktivieren, was es möglich macht, daß die den ersten und den zweiten Kolben verbindende hydraulische Leitung einen derart kleinen Innendurchmesser hat, daß die Hydraulikölmenge in der Leitung nicht sehr groß ist, selbst wenn die Leitung eine große Länge hat. Es ist daher möglich, eine genaue Übertragung der Bewegungen des zweiten Kolbens auf den erstenkolben zu erhalten, selbst wenn die Nockenwelle in einem großen Abstand von den Zylinderbauteilen angeordnet ist. Die Hydraulikleitungen mit den zugeordneten Kolben wirken als eine starre Schubstange, obwohl ein vertikaler und horizontaler Abstand von vielen Metern zwischen den Positionen des ersten und des zweiten Kolbens vorhanden ist. Die hydraulische Kraftübertragung zwischen den beiden jedem Zylinderbauteil zugeordneten Kolben macht es daher möglich, die Nockenwelle an einem beliebigen geeigneten Wellenantrieb anzuordnen. Es ist z.B. möglich, die Nockenwelle am Ende des Motors in direktem Zahneingriff mit der Kurbelwelle anzuordnen. Die Nockenwelle kann auch als eine Verlängerung der die Zylinderschmiervorrichtungen antreibenden Welle angeordnet sein. Sämtliche von der Nockenwelle angetriebenen Kolben mit zugehörigen Verbindungen für die Hydraulikleitungen können nahe beieinander in einer einzigen Einheit angeordnet sein, so daß die Nockenwelle eine extrem kurze Länge und damit geringe Masse aufweist. Der Energieverbrauch zum Antreiben der Nockenwelle ist daher minimal und durchaus vernachlässigbar im Verhältnis zu dem Gesamtenergieverbrauch des Motors, was den Wirkungsgrad des Motors erhöht. Die zuvor bekannten großen Kettentriebe und das langgestreckte Gehäuse für die Nockenwelle entfallen ebenfalls vollständig, was zu einer deutlichen Verringerung des Gesamtgewichts des Motors führt und seine Herstellung billiger macht.
• Da die Nockenwelle mit den zugehörigen hydraulischen Schubstangen nur ein mechanisches Notsteuersystem zur Verwendung im Falle eines Defekts in der elektronischen Motorsteuerung darstellt, ist der erste Kolben im normalen Motorbetrieb vorzugsweise an einer übertragung der Nockenbewegung auf den Schieber gehindert, wodurch der Schieber und das elektronische Steuersystem während des normalen Motorbetriebs von dem mechanischen Notsteuersystem unbeeinflußt bleiben.
• Mit Blick auf eine Verringerung des Energieverbrauchs des Motors, wobei jedoch gleichzeitig das mechanische Notsteuersystem für einen unmittelbaren Betriebseinsatz bereitzuhalten ist, ist eine bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben von der Nockenwelle frei angehoben ist, wenn die Motorsteuerung normal ist, und daß der zweite Kolben in Kontakt mit einem Nocken auf der Nockenwelle gebracht wird, wenn letztere zum Einsatz kommen soll. Im normalen Betrieb ist damit die Nockenwelle unbeeinflußt durch den jedem Zylinderbauteil zugeordneten zweiten Kolben, so daß keine Energie an die die ersten und die zweiten Kolben verbindenden Hydraulikleitungen abgegeben wird. Der erste Kolben für jedes Zylinderbauteil steht somit während des normalen Motorbetriebs still und kann somit keine Nockenbewegungen auf den Schieber übertragen. Das Anheben des zweiten Kolbens von der Nockenwelle macht es möglich, die Hydraulikleitung zwischen den beiden Kolben mit Hydrauliköl gefüllt zu halten, so daß das Notsteuersystem in einem Bruchteil eines Motorarbeitsspiels zum Einsatz kommen kann, wenn ein Defekt in der elektronischen Motorsteuerung auftritt. Jedoch ist es als Alternative zu dem Abheben des zweiten Kolbens möglich, die Nockenwellensteuerung durch Öffnen eines Punkturventils zu inaktivieren, jedoch bringt dies die Gefahr mit sich, daß Luft in die Hydraulikleitung eindringt, was eine genaue Nockenwellensteuerung unmöglich macht.
• Die Ölmenge in den Hydraulikleitungen kann ferner dadurch verringert werden, daß der Schieber in die Lage versetzt wird, den Bewegungen eines kleinen Pilotschiebers zu folgen, der von der elektrisch betätigten Positioniereinrichtung im Normalbetrieb und alternativ von den Bewegungen des ersten Kolbens gesteuert wird. Die zum Einstellen des Pilotschiebers benötigte Kraft ist wesentlich kleiner als die Kraft zum Einstellen des Schiebers, der den Ölfluß zum und vom Antriebskolben reguliert, und die Verwendung eines Pilotschiebers macht es somit möglich, daß der erste und der zweite Kolben sehr kleine Abmessungen erhalten und daß der Innendurchmesser der Hydraulikleitungen nur einige wenige Millimeter beträgt. Dieses trägt dazu bei, daß die ölmenge in der Hydraulikleitung so klein gehalten wird, daß die hydraulische Schubstange sehr schnellwirkend wird und einen sehr kleinen Energieverbrauch hat. Die mechanische Aktion des zweiten Kolbens auf dem zugehörigen Nocken wird ferner sehr leicht, und somit kann die Nockenwelle mit sehr kleinen Abmessungen ausgebildet werden.
• Eine in ihrem Aufbau besonders einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotschieber koaxial im Inneren des Schiebers angeordnet und an einer Stange befestigt ist, die starr mit dem beweglichen Teil der Positioniereinrichtung verbunden ist und an einer Seite des Schiebers vorsteht, und daß der erste Kolben an der anderen Seite des Schiebers angeordnet ist und eine Stange trägt, die sich koaxial zum Schieber zum Pilotschieber erstreckt.
• Um jeden Kontakt zwischen der Notsteuerung und dem Pilotschieber im normalen Motorbetrieb zu vermeiden, ist der erste Kolben mit der zugehörigen Stange zweckmäßig im Sinne einer vom Pilotschieber fortgerichteten Bewegung federbeaufschlagt. Die Federbeaufschlagung gewährleistet ferner eine genaue Rückführung des ersten Kolbens, wenn die Nockenwellensteuerung aktiviert ist und der zweite Kolben einem abfallenden Nockenprofil folgt.
• Vorzugsweise ist das bewegliche Teil der Positioniereinrichtung mit der zugehörigen Stange im Sinne einer Bewegung zum ersten Kolben hin federbeaufschlagt, wobei im normalen Motorbetrieb die Positioniereinrichtung die Federlast überwindet. Im Falle eines Defektes in der elektronischen Motorsteuerung führt die Federbeaufschlagung des beweglichen Teils der Positioniereinrichtung dazu, daß der Pilotschieber unmittelbar für eine Anlage an der mit dem ersten Kolben verbundenen Stange verschoben wird, so daß die Nockenwelle unmittelbar die weitere Motorsteuerung übernimmt. Falls, vor dem Defekt der elektronischen Steuerung, der zweite Kolben an der Nockenwelle anliegt, bleibt der Motor im wesentlichen unbeeinträchtigt von dem Defekt. In den Fällen, in denen der zweite Kolben zuerst in Anlage mit dem zugehörigen Nocken gebracht werden muß, wird der Einsatz der Notsteuerung durch die Eingreifzeit des Kolbens verzögert.
• Aufgrund der kurzen Länge der Nockenwelle haben die Hydraulikleitungen für die Zylinderbauteile der verschiedenen Zylinder eine verschiedene Länge. Das Öl in den Hydraulikleitungen hat eine bestimmte absolute Kompressibilität in Abhängigkeit von der Ölmenge in den Leitungen. Wenn die Leitungen unterschiedliche Ölmengen enthalten, wird die Nockenwellenbewegung sehr schnell zum ersten Kolben der Leitungen übertragen, die das wenigste Öl enthalten, d.h. der kurzen Leitungen. Es ist möglich, dies dadurch zu kompensieren, daß die den kurzen Leitungen zugeordneten Nocken ein wenig auf der Nockenwelle zurückgedreht werden, jedoch ist es einfacher, den Motor in der Weise auszubilden, daß zumindest einige der Hydraulikleitungen zur Kolbenverbindung, die zu der gleichen Art von Zylinderbauteilen führen, mit einem betreffenden Kompensationsvolumen einer solchen Größe in Verbindung stehen, daß die Hydraulikleitungen eine im wesentlichen gleiche Menge an Hydrauliköl enthalten.
• Die Nockenwelle muß in der Lage sein, den Motor sowohl während des Vorwärtslaufs als auch des Rückwärtslaufs zu steuern. Da die Kraftstoffeinspritzung und das Öffnen des Auslaßventils normalerweise nicht eingeleitet werden, wenn sich der Kolben exakt in seiner oberen Totpunktposition befindet, sondern einige wenige Grade in bezug auf diese verschoben ist, ergibt ein für den Vorwärtslauf eingestellter Nocken nicht die korrekte Steuerung im Falle des Rückwärtslaufs. Aus der obigen internationalen Patentanmeldung ist es bekannt, daß die Zeiteinstellung durch Verschiebung einer auf einer querbeweglichen Stange angebrachten Freilaufrolle in bezug auf den Nocken verändert werden kann. Eine zweckmäßige Weiterentwicklung dieses Standes der Technik ist dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben in seiner aktiven Stellung an der Oberseite einer Stange anliegt, die auf ihrer unteren Seite eine mit dem zugehörigen Nocken in Verbindung stehende freilaufende Rolle trägt, und daß die Stange in bezug auf die Langsrichtung der Nockenwelle zwischen einer Endstellung zur Verwendung bei einem Lauf des Motors in der normalen Drehrichtung und einer weiteren Endstellung zur Verwendung bei einem Lauf des Motors in der entgegengesetzten Drehrichtung querbeweglich ist.
• Dadurch, daß man die Stange zwischen zwei Endstellungen zur Verwendung bei Vorwärtslauf bzw. Rückwärtslauf beweglich sein läßt, kann die Stange auf sehr einfache Weise betätigt werden, z.B. mittels eines Druckluftzylinders, der die Stange in die eine oder die andere Endstellung drückt. Um die richtige Zeiteinstellung der Kraftstoffpumpen und Auslaßventile zu erhalten, ist es somit nur notwendig, ein einziges Steuerventil für den Druckluftzylinder zu verschieben.
• Die beiden Endstellungen der Stange sind zweckmäßig einstellbar, so daß die Zeiteinstellung im Verhältnis zu der aktuellen Motorlast reguliert werden kann. Die Endstellungen können z.B. mittels zweier manuell einstellbarer mechanischer Anschläge festgelegt werden. Im Falle eines Langzeitbetriebs bei einer bestimmten Motorlast kann das Bedienungspersonal die Anschläge anhand einer Bedienungsanleitung einstellen, die das Verhältnis zwischen der Motorlast und der optimalen Position für die Anschläge zeigt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit mit Bezug auf die rein schematischen Zeichnungen näher beschrieben; es zeigt:
• Fig. 1 einen Umriß eines Verbrennungsmotors,
• Fig. 2 einen Schaltplan der Hydraulikverbindungen mit einem Notsteuersystem für den Motor,
• Fig. 3 eine Seitenansicht einer Nockenwelle für den Motor nach Fig. 1,
• Fig. 4 eine Endansicht der in Fig. 3 gezeigten Nockenwelle, in geringfügig größerem Maßstab, mit einer zugehörigen Einrichtung zur Einstellung der Zeitvorgabe,
• Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Schieberventil für ein Zylinderbauteil und
• Fig. 6 ein Teilstück des Schieberventils nach Fig. 5 in größerem Maßstab.
• Fig. 1 zeigt einen Zweitakt-Dieselgroßmotor vom Kreuzkopftyp, allgemein mit 1 bezeichnet, der als Hauptmaschine eines Schiffes oder als stationäre Krafterzeugungsmaschine verwendet werden kann. Der Brennraum 2 des Motors ist von einer Zylinderlaufbuchse 3 und einem Zylinderdeckel 4 sowie einem in der Laufbuchse gelagerten Kolben 5 begrenzt.
• über eine Kolbenstange 6 ist der Kolben direkt mit einem Kreuzkopf 7 verbunden, der über eine Pleuelstange 8 direkt mit einem Pleuelbolzen 9 in einer Kröpfung 10 einer Kurbelwelle 11 verbunden ist. Ein Zylinderbauteil in Form eines Auslaßventils 12 mit zugehörigem Gehäuse 13 ist auf dem Deckel 4 angebracht. Das Auslaßventil wird durch einen Hydraulikantrieb 14 betätigt, der durch ein elektromechanisches Ventil gesteuert wird, das durch über eine Leitung 15 von einem Computer 16 übertragene Steuersignale aktiviert wird.
• Ein im Deckel 4 angebrachtes Kraftstoffventil 17 kann zerstäubten Kraftstoff dem Brennraum 2 zuführen. Ein weiteres Zylinderteil in Form einer Kraftstoffpumpe 18 wird von einem elektromechanischen Ventil gesteuert und kann dem Kraftstoffventil Kraftstoff durch eine Druckleitung 19 in Abhängigkeit von vom Computer 16 durch eine Leitung 20 empfangenen Steuersignalen zuführen. Durch eine Signalübertragungsleitung 21 wird der Computer 16 mit Informationen über die laufende Anzahl von Umdrehungen des Motors pro Minute versorgt. Die Drehzahl kann entweder vom Tachometer des Motors abgenommen werden oder sie kann von einem Winkeldetektor und Anzeiger stammen, der auf der Hauptwelle des Motors angebracht ist und die laufende Winkelstellung und Drehzahl des Motors für Intervalle bestimmt, die Bruchteile eines Motorarbeitsspiels einer Wellendrehung von 360º bilden. Wenn der Computer den Zeitpunkt für die Kraftstoffeinspritzung und die zugehorige Kraftstoffmenge und die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslaßventils bestimmt hat, werden die Kraftstoffpumpe 18 und die Antriebseinheit 14 entsprechend in dem Augenblick des Motorarbeitsspiels aktiviert, der für den Zylinder richtig ist. Der Motor hat mehrere Zylinder, die sämtlich in der obigen Weise ausgerüstet sind, und der Computer 16 kann den normalen Betrieb sämtlicher Zylinder steuern.
• Wie nachfolgend ausgeführt, sind der Ölzufluß und -abfluß für die Hydraulikantriebe der Zylinderteile von einem Schieberventil (oder Wechselventil oder Schubventil) gesteuert, das während des normalen Motorbetriebs durch eine elektrisch aktivierte Positioniereinrichtung eingestellt wird, die auf Steuersignale vom Computer 16 reagiert. Wenn aus irgendeinem Grund ein Defekt im elektronischen Steuersystem auftritt, wird die Einstellung des Schiebers (oder Wechsel- oder Schubventils) von einem Nockenwellensteuersystem übernommen. Dieses Steuersystem umfaßt eine Nockenwelleneinheit 22 mit einer Nockenwelle 23, die synchron mit der Kurbelwelle 11 des Motors umläuft, z.B. dadurch, daß die beiden Wellen durch zwei Zahnräder 24 und 25 miteinander in Eingriff stehen. Die Nockenwelleneinheit kann am Ende des Motors angeordnet sein, sie kann aber auch, wie angegeben, an einem geeigneten Platz im Inneren des Motors angeordnet sein. Wenn es nicht erwünscht ist, daß die Nockenwelleneinheit sich in unmittelbarer Nähe zur Kurbelwelle befindet, kann die Synchronisierung der Nockenwelle alternativ über einen Ketten- oder Riementrieb erfolgen.
• Die Nockenwelleneinheit wird nun mit Bezug auf die Fig. 2 bis 4 näher beschrieben. Die gezeigte Nockenwelleneinheit ist für einen Motor mit vier Zylindern vorgesehen, von denen jeder zwei hydraulisch angetriebene Zylinderbauteile besitzt. Somit hat die Nockenwelle acht Nocken 26 in enger Nachbarschaft miteinander, so daß die Welle eine kurze Länge hat. Als Folge der kleinen Größe der Nockenwelle ist es ausreichend, sie in zwei Lagern 27 zu lagern, die vom Nockenwellengehäuse 28 abgestützt sind. Mittels einer Riemenscheibe 29 und eines Zahnriemens 30 ist die Nockenwelle synchron mit der Kurbelwelle angetrieben. Die Nockenwelle ist von einem Schutzgehäuse 31 eingeschlossen. Die auf die Nockenwelle wirkenden Kräfte sind so klein, daß nur die Lager 27 fettgeschmiert sein müssen und die Nocken auf der Welle ohne Schmierung auskommen können. Die vorbekannten Nockenwellenschmiersysteme können vollständig in Fortfall kommen.
• Die Zeiteinstellung jedes Nockens 26 in bezug auf das Arbeitsspiel des Motors erfolgt mittels einer Stange 33, die am Nockenumfang über eine freilaufende Rolle 34 anliegt. An dem von der Welle abgewandten Ende ist die Stange 33 an einer aufrechten oberseitig aufgehängten Zwischenstange 35 gelagert, die mit einem Abstand von ihrem oberen Lagerpunkt mit einer Kolbenstange 36 eines pneumatischen Zylinders 37 verbunden ist. Der Zylinder 37 kann die Zwischenstange 35 und damit die Stange 33 zwischen zwei Endstellungen bewegen, die durch zwei Anschläge in Form einer Einstellschraube 38 und einer exzentrisch gelagerten Scheibe 39 bestimmt sind. Die Endstellungen sind dadurch einstellbar, daß die Schraube 38 gedreht und die Scheibe 39 um ihren Drehpunkt 40 gedreht wird. Die Einstellung der Endstellungen führt zu einer Veränderung des Berührungspunktes der Rolle 34 auf dem Nocken 26, wodurch das durch den Nocken hervorgerufene Heben und Senken der Stange 33 in bezug auf die Drehbewegung der Nockenwelle phasenversetzt wird. In der gezeigten Endstellung, bei der die Zwischenstange 35 an der Einstellschraube 38 anliegt, ist die Nockenwelleneinheit für den Vorwärtslauf eingestellt, während die Nockenwelleneinheit bei an der Scheibe 39 anliegender Zwischenstange 35 für den Rückwärtslauf vorgesehen ist.
• Wenn die Nockenwellensteuerung aktiv ist, wirkt ein erster Kolben 41 auf den Schieber des Schieberventils des zugehörigen Zylinderteils. Der Kolben 41 ist in einem kleinen Hydraulikzylinder 42 gelagert, der am Ende des Schieberventilgehäuses 43 angebracht ist.
• Die Bewegungen des ersten Kolbens werden durch einen zweiten Kolben 44 gesteuert, der in einem kleinen Hydraulikzylinder 45 in der Nockenwelleneinheit gelagert ist. Die Endfläche 46 des ersten Kolbens und die Endfläche 47 des zweiten Kolbens sind in direkter Berührung mit dem Öl in einer Hydraulikleitung 48, deren beide Enden mit den Zylindern des ersten und des zweiten Kolbens verbunden sind. Der Hydraulikdruckschlauch bzw. die Hydraulikdruckleitung 48 ist biegsam und flexibel, was ihren Einbau sehr leicht macht. Die Flexibilität der Hydraulikleitung 48 ermöglicht es, die Nockenwelleneinheit 22 in einem großen Abstand von den hydraulisch angetriebenen Zylinderbauteilen sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung anzuordnen, wie es in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 48 in etwa angedeutet ist. Um eine genaue und gleichmäßige Übertragung der Bewegung des ersten Kolbens auf den zweiten Kolben zu erhalten, ist es wichtig, daß die Ölmenge in der Leitung 38 konstant ist und daß die Leitung jederzeit gefüllt ist.
• Das Öl für die Nockenwellensteuerung kann zweckmäßig einer Druckleitung 49 entnommen werden, die Hochdruck-Hydrauliköl an die hydraulischen Antriebe der Zylinderbauteile liefert. Da der Druck dieser Leitung bei etwa 300 bar liegt, wird der Druck in einem einstellbaren Druckminderventil 50 auf etwa 10 bis 15 bar reduziert, was völlig ausreicht, um eine genaue Übertragung der Kolbenbewegungen sicherzustellen. über eine Druckleitung 51 steht der Ölablaß des Druckminderventils mit einem Ventil 52 in Verbindung, das zwei Stellungen einnehmen kann. In der in Fig. 2 gezeigten aktiven Stellung ist die Leitung 51 mit einer Leitung 53 verbunden, die zu einem Druckraum 54 auf der oberen Seite eines Hubkolbens 55 führt, der auf den Boden des Raumes 54 heruntergedrückt wird, so daß ein vorstehender Bund am Kolben 44 in einem Abstand von der Oberseite des Kolbens 55 angeordnet ist. Der Öldruck in der Leitung 48 drückt den zweiten Kolben 44 und eine starr mit ihm verbundene Druckstange 56 nach unten für eine Anlage an der Oberseite der Stange 33, so daß der zweite Kolben gezwungen ist, dem Nockenprofil eng zu folgen. Gleichzeitig hält das Ventil 52 einen Druckraum 57 auf der unteren Seite des Hubkolbens 55 über eine Leitung 59, 59a in Verbindung mit einem Ablaß 58. Der Kolben 44 und die Druckstange 56 haben zweckmäßig den gleichen Durchmesser, so daß der Druckraum 54 nicht zu einer resultierenden Kraft auf den vorstehenden Bund des Kolbens 44 führt.
• Die Nockenwelleneinheit kann durch Umschalten des Ventus 52 inaktiviert werden, so daß der Druckraum 54 in Verbindung mit dem Ablaß 58 gebracht und der Druckraum 57 in Verbindung mit der Druckleitung 51 gebracht wird, mit dem Ergebnis, daß der zweite Kolben mit der zugehörigen Druckstange 56 vom Nocken 26 freigehoben wird, da der Hubkolben 55 im Raum 54 nach oben bewegt wird und an die Unterseite des Bundes am Kolben 44 anstößt, woraufhin der Kolben an der Aufwärtsbewegung des Hubkolbens teilnimmt. Eine Abzweigleitung 62, die über dem Kolben 44 ausmündet, wird in Verbindung mit dem Druckraum 57 bei der Ventilschaltung gebracht, so daß das Anheben des zweiten Kolbens 44 die Stellung des ersten Kolbens 41 nicht beeinflußt. Gleichzeitig mit dem Anheben wird die Stange 33 vom Nocken mittels einer Feder 60 freigehoben. Wenn der Raum 54 unter Druck gesetzt wird, ist die Abwärtskraft auf Druckstange 56 weit größer als die Federlast auf der Stange 33.
• Durch eine Feder 61 ist das Ventil 52 zu der Stellung hin, in der die Nockenwellensteuerung gelöst ist, vorgespannt, um sicherzustellen, daß der zweite Kolben 44 nicht mit dem Nocken nach einem Stillstand von langer Dauer in Eingriff kommt. Ein Rückschlagventil 63 gewährleistet, daß die Hydraulikleitung 48 mit ihren zugehörigen Leitungen und Druckräumen 54, 57 stets mit Öl gefüllt gehalten ist.
• Fig. 5 zeigt, wie der erste Kolben 41 mit dem zugehörigen Zylinder 42 am Ende des Schieberventilgehäuses 43 angeordnet ist, das aus mehreren miteinander verschraubten Teilen zusammengesetzt ist, nämlich einem Mittelteil und zwei endseitigen Deckeln, wobei der erste Kolben in einem endseitigen Deckel montiert ist, während eine elektrisch aktivierte Positioniereinrichtung 64 an dem anderen endseitigen Deckel montiert ist.
• Das Mittelteil des Gehäuses hat eine Fluideinlaßleitung 65, die mit der Hochdruckleitung 49 in Verbindung steht, zwei Fluidablaufleitungen 66, die mit einem Niederdruckkanal in Verbindung stehen, und zwei Auslaßleitungen 67, die zu einem Druckraum 68 in einem Hydraulikzylinder 69 für den das Zylinderbauteil antreibenden Hydraulikantrieb führen. Ein Hydraulikkolben 70 im Antrieb wird durch den Öldruck im Raum 68 nach oben getrieben, wenn letzterer mit der Einlaßleitung 65 verbunden wird. Wenn der Raum 68 mit der Ablaufleitung 66 verbunden wird, kann der Kolben 70 in die Ausgangsstellung mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Druckes auf einer Kolbenf läche, nicht gezeigt, zurückge führt werden.
• Die Leitung 65 mündet in eine Umfangsnut 70 aus, die demgemäß unter Druck steht. In gleicher Weise stehen die Ablaufleitungen 66 mit einer entsprechenden Umfangsnut 72 in Verbindung, und die Auslaßleitungen 67 stehen mit einer entsprechenden Umf angsnut 73 in Verbindung. Ein mittig im Gehäuse positionierter Schieber 74 ist in seiner neutralen Stellung gezeigt, in der ein Umfangsflansch 75 am Schieber die Nut 73 exakt sperrt und damit die in der Zeichnung oberste Auslaßleitung 67 sowohl von der Ablaufleitung 66 als auch von der Einlaßleitung 65 abschneidet. In gleicher Weise ist die untere Auslaßleitung 67 von der Einlaßleitung 65 mittels eines weiteren Umfangsflansches 76 am Schieber und von der Ablaufleitung 66 mittels eines dritten Umfangsflansches 77 am Schieber abgesperrt.
• Wenn der Schieber aus seiner neutralen Stellung zur Positioniereinrichtung 64 hin bewegt wird, wird die Einlaßleitung 65 in Verbindung mit den beiden Auslaßleitungen 67 gebracht, und wenn der Schieber von seiner Ausgangsstellung zum ersten Kolben 41 hin bewegt wird, werden die Ablaufleitungen 66 in Verbindung mit den beiden Auslaßleitungen 67 gebracht.
• Zwei Kolbenglieder 78, von denen nur eines in der Zeichnung gezeigt ist, stoßen an den das erste Kolbenglied enthaltenden endseitigen Deckel an und ragen in eine jeweilige axial verlaufende Bohrung 79 hinein, die ständig mit der Einlaßleitung 65 über eine Druckleitung 80 verbunden ist. Zwei Kolbenglieder 81 grenzen an den gegenüberliegenden endseitigen Deckel an und ragen in axial verlaufende Bohrungen 82 im gegenüberliegenden Ende des Schiebers hinein. Die Kolbenglieder 81 und die zugehörigen Bohrungen 82 haben einen wesentlich größeren Durchmesser als die Kolbenglieder 78 und ihre zugehorigen Bohrungen 79.
• Fig. 6 zeigt, daß eine Querleitung 83 von jeder Bohrung 82 in eine mittlere Längsbohrung 84 im Schieber einmündet. Die Bohrung 84 ist durchgehend über die volle Länge des Schiebers, und ein kleiner Pilotschieber 85 ist in die Bohrung eingesetzt. Zwei Umfangsnuten 86 und 87 sind so in die Umfangsfläche des Pilotschiebers eingearbeitet, daß ein mittig zwischen den Nuten positionierter Flansch 88 eine Breite hat, die exakt der Breite der Querleitungen 83 entspricht. Die Nut 86 steht ständig mit der Einlaßleitung 85 durch eine Druckleitung 89 in Verbindung. Durch eine Ablaufleitung 90 steht die Nut 87 ständig mit der Ablaufleitung 66 in Verbindung. In der gezeigten Stellung befindet sich der Pilotschieber in seiner neutralen Stellung, in der der mittlere Flansch 88 die Querleitungen 83 von einer Verbindung sowohl mit der Druckleitung 89 als auch der Ablaufleitung 90 abschneidet.
• Die elektrisch gesteuerte Positioniereinrichtung 64 ist nach dem Linearmotorprinzip aufgebaut, wobei ein bewegliches Teil 91 eine Anzahl von Wicklungen trägt, die mit zwei frei biegbaren Leitungen 92 verbunden sind. Die Wicklungen sind zwischen einem Kernmaterial 93 auf Eisenbasis und einem starken zylinderförmigen Magneten 94 angeordnet. Wenn Strom durch die Wicklungen über die Leitungen 92 geschickt wird, wird das bewegliche Teil 91 unmittelbar in Bewegung versetzt, wobei die Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung von der Richtung und Stärke des Stroms abhängen. Das bewegliche Teil ist einem Positionssensor 32 zugeordnet, der an den Computer Signale bezüglich der aktuellen Position des beweglichen Teils sendet. Das bewegliche Teil 91 ist starr mit dem Pilotschieber 85 über eine Stange 95 verbunden, die koaxial zum Schieber 74 positioniert ist. Eine verhältnismäßig schwache Druckfeder 96, die koaxial um die Stange 95 angeordnet ist, liegt an der Endfläche des Pilotschiebers und einer entgegengesetzt gerichteten Fläche an einem Zentrierteil 97 an, das zwischen dem endseitigen Deckel 43 und dem Kernmaterial 93 angeordnet ist.
• Der erste Kolben 41 ist starr mit einer Stange 98 verbunden, die sich koaxial zum Schieber 74 in dessen mittlere Bohrung 84 erstreckt, in welcher Bohrung die Stange mittels eines dreilappigen Führungsgliedes 99 zentriert ist. Wenn die Nockenwellensteuerung inaktiv ist, ist das Ende der Stange 98 in einem geeigneten Abstand von einer entsprechenden Anlagef läche 100 am Pilotschieber angeordnet, so daß letzterer von dem Vorhandensein der Stange 98 unbeeinflußt ist. Der Computer 16 führt eine laufende Überwachung und Feineinstellung des beweglichen Teils 91 durch und wirkt somit gegen den Druck der Feder 96. Falls die elektronische Steuerung ausfällt, drückt die Feder 96 den Pilotschieber in Anlage gegen die Stange 98, und gleichzeitig wird das Ventil 52 umgeschaltet, so daß die Nockenbewegung über den zweiten Kolben 44, die Hydraulikleitung 48, den ersten Kolben 41 und die Stange 98 übertragen wird, die dann den Pilotschieber 85 in der richtigen Weise positioniert. Eine Druckfeder 101 wirkt auf das erste Kolbenglied durch einen an der Stange 98 angebrachten Bund 102 für eine Bewegung zur Hydraulikleitung 48 hin. Dieses gibt eine zusätzliche Sicherheit dafür, daß der erste Kolben 41 schnell einer Abwärtsbewegung des anderen Kolbengliedes 44 folgt, wenn die Rolle 34 der abfallenden Seite des Nockens folgt.
• Es wird nun die Funktion des Schieberventils beschrieben. Wie erwähnt, steht ein ständiger Druck in der Bohrung 79 an, was zu einer ständigen Kraft in Aufwärtsrichtung nach der Zeichnung auf den Schieber 74 führt. Wenn der Pilotschieber stillsteht, ist es möglich, daß diese Aufwärtskraft den Schieber in Aufwärtsrichtung verschiebt. Wenn dieses eintritt, werden die Querleitungen 83 in Verbindung mit der Druckleitung 89 gebracht, so daß Drucköl in die Bohrungen 82 fließt. Der daraus folgende Druckanstieg im Raum vor den Kolbengliedern 81 wirkt auf den Schieber mit einer Kraft, die nach unten gerichtet ist und den Schieber veranlaßt, eine Position einzunehmen, in der der mittlere Flansch 88 des Pilotschiebers exakt die Querleitungen 83 sperrt. Falls der Druck in den Bohrungen 82 zu groß wird, wird der Schieber einen Bruchteil nach unten bewegt, womit die Querleitungn 83 in Verbindung mit der Ablaufleitung 90 gebracht werden, so daß der Überdruck in den Bohrungen 82 auf das Gleichgewichtsniveau abgebaut wird, bei dem die aufwärts und abwärtsgerichteten Kräfte auf dem Schieber die gleiche Größenordnung haben.
• Es ist hieraus ersichtlich, daß sich der Schieber 74 immer schnell selbst in die Position bringt, in der der Mittelflansch die Querleitungen 83 sperrt. Da die Bohrungen 82 einen größeren Durchmesser als die Bohrungen 79 aufweisen, steht auf dem Schieber stets eine resultierende Kraft, falls er nicht seine obige neutrale Stellung in bezug auf den Pilotschieber einnimmt. Wenn der Pilotschieber in axialer Richtung des Schiebers durch den Einfluß entweder von der Stange 95 oder der Stange 98 verschoben wird, nimmt der Schieber 74 unmittelbar an dieser Bewegung aus den obigen Gründen teil. Die kleine Masse des Pilotschiebers und der zugehörigen Stangen führt dazu, daß die Einstellkräfte am Schieber außerordentlich klein sind, und läßt den Schieber sehr schnell agieren.
• Es ist selbstverständlich möglich, den ersten Kolben 41 direkt auf den Schieber 74 wirken zu lassen, jedoch ergibt dieses ein System, das langsamer wirkt und zu größeren Steuerkräften führt, mit entsprechend größerer Energieabsetzung in der Hydraulikleitung 48.
• Die Nockenwellensteuerung kann für die Zylinder einzeln oder gleichzeitig für alle Zylinder durchgeführt werden, in Abhängigkeit von der Art des Defekts im elektronischen Steuersystem.
• Die Erfindung kann auch in Verbindung mit anderen Arten elektrisch aktivierter Positioniereinrichtungen, wie Solenoiden und Schrittmotoren, verwendet werden.
• Nahe der Verbindung für die Hydraulikleitung 48 oder in dieser Verbindung kann der Zylinder 45 für den zweiten Kolben oder der Zylinder 42 für den ersten Kolben ein Ausgleichsvolumen von einer solchen Größe aufweisen, daß die Hydraulikleitungen, die zu derselben Art von Zylinderteilen führen, im wesentlichen die gleiche Menge an Hydrauliköl enthalten. Dieses Ausgleichsvolumen kann z.B. dadurch vorgesehen werden, daß eine Öffnung eines größeren Durchmessers in den Verbindungsabzweig für die Hydraulikleitung gebohrt wird oder dadurch, daß eine Querleitung in den Zylinder gebohrt wird und die Leitung in einem solchen Abstand von der mittleren Auslaßleitung des Zylinders verschlossen wird, daß die Gesamtmenge des Öls zwischen den beiden Kolben für die verbunden Paare von Kolben die gleiche ist.

Claims (10)

1. Zweitakt-Verbrennungsgroßmotor (1), insbesondere Hauptmaschine eines Schiffes, mit mehreren hydraulisch angetriebenen Zylinderbauteilen, die an den zugehörigen Zylindern angebracht sind, wie einer Kraftstoffpumpe (18) oder einem Auslaßventil (13), wobei der hydraulische Antrieb der Bauteile einen Antriebskolben (70) umfaßt, der in einem Hydraulikzylinder (69) gelagert ist, welcher durch einen Strömungskanal (67) mit einem Schieberventil in Verbindung steht, dessen Schieber (74) eine Stellung, in der der Strömungskanal (67) mit einer Hochdruckquelle (65) für Hydrauliköl in Verbindung steht, und eine weitere Stellung einnehmen kann, in der der Strömungskanal mit einem Niederdruckkanal (66) in Verbindung steht, dem Schieber (74) ein erster Kolben (41) zugeordnet ist, der durch Hydraulikfluid in einer sich vom ersten Kolben (41) zu einem zweiten Kolben (44) erstreckenden Hydraulikleitung (48) betätigt werden kann, und wobei, im normalen Motorbetrieb, der Schieber mittels einer elektrisch betätigten Positioniereinrichtung (64) positionierbar ist, die Steuersignale von einem Motorsteuercomputer (16) empfängt, und wobei, im Falle eines Ausfalls der normalen Motorsteuerung, der Schieber alternativ dadurch positionierbar ist, daß der zweite Kolben einem Nocken (26) auf einer Nockenwelle (23) folgt, die synchron mit der Kurbelwelle (11) des Motors umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (23) und die zweiten Kolben an einem geeigneten Wellenantrieb, wie der Kurbelwelle (11), angeordnet sind, mit einer Trennung in Längsrichtung des Motors von den zugehörigen hydraulisch angetriebenen Zylinderbauteilen (14,13,18), und daß sich nur eine einzige hydraulische Leitung (48), die als hydraulische Schubstange wirkt, zwischen jedem Paar eines ersten und zweiten Kolbens (41,44) erstreckt.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim normalen Motorbetrieb der erste Kolben (41) an einer übertragung der Nockenbewegung auf den Schieber (74) gehindert ist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (44) von der Nockenwelle (23) frei angehoben ist, wenn die Motorsteuerung normal ist, und daß der zweite Kolben in Kontakt mit einem Nocken (26) auf der Nockenwelle gebracht wird, wenn letztere zum Einsatz kommen soll.

4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (74) in der Lage ist, den Bewegungen eines kleinen Pilotschiebers (85) zu folgen, der von der elektrisch betätigten Positioniereinrichtung (64) im Normalbetrieb und alternativ von den Bewegungen des ersten Kolbens (41) gesteuert wird.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotschieber (85) koaxial im Inneren des Schiebers (74) angeordnet und an einer Stange (95) befestigt ist, die starr mit dem beweglichen Teil (91) der Positioniereinrichtung verbunden ist und an einer Seite des Schiebers vorsteht, und daß der erste Kolben (41) an der anderen Seite des Schiebers angeordnet ist und eine Stange (98) trägt, die sich koaxial zum Schieber zum Pilotschieber erstreckt.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (41) mit der zugehörigen Stange (98) im Sinne einer vom Pilotschieber (85) fortgerichteten Bewegung federbeaufschlagt ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (91) der Positioniereinrichtung mit der zugehörigen Stange (95) im Sinne einer Bewegung zum ersten Kolben (41) hin federbeaufschlagt ist und daß im normalen Motorbetrieb die Positioniereinrichtung (64) die Federlast überwindet.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Hydraulikleitungen (48) zur Kolbenverbindung, die zu der gleichen Art von Zylinderbauteilen führen, mit einem betreffenden Kompensationsvolumen einer solchen Größe in Verbindung stehen, daß die Hydraulikleitungen eine im wesentlichen gleiche Menge an Hydrauliköl enthalten.

9. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (44) in seiner aktiven Stellung an der Oberseite einer Stange (33) anliegt, die auf ihrer unteren Seite eine mit dem zugehörigen Nocken (26) in Verbindung stehende freilaufende Rolle (34) trägt, und daß die Stange (33) in bezug auf die Längsrichtung der Nockenwelle zwischen einer Endstellung zur Verwendung bei einem Lauf des Motors in der normalen Drehrichtung und einer weiteren Endstellung zur Verwendung bei einem Lauf des Motors in der entgegengesetzten Drehrichtung querbeweglich ist.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endstellungen der Stange (33) einstellbar sind.