Freikolbenmasehine mit freier äusserer Hubendlage. Die Erfindung betrifft eine Freikolben maschine mit freier äusserer Hubendlage und besteht darin, dass eine Regelvorrichtung vor gesehen ist, die in jedem Hubspiel der Frei kolben aus einer Anfangsstellung mittels eines in Abhängigkeit von der äussern Ilub- endlage arbeitenden Antriebes in ihre Regel stellung gebracht wird. Dadurch wird ermög licht, auch bei den grössten Schwankungen des Betriebszustandes die Regelorgane schon im nächsten Hubspiel auf den neuen Be triebszustand einstellen zu können, um den Ablauf des Regelvorganges zu verkürzen.
Vorzugsweise ist eine die Leistung der Frei kolbenmaschine regelnde Vorrichtung vorge sehen, die in jedem Hubspiel der Freikolben aus einer Anfangsstellung mittels eines in Abhängigkeit von der äussern Hubendlage arbeitenden Antriebes in ihre Regelstellung gebracht wird.
Auf der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Freikolbenmaschine, Fig. 2 die Regelvorrichtung für die Brennstoffzufuhr zum Brennraum der Ma schine nach Fig. 1, Fig. 3 ein Diagramm für die Ausbildung und die gegenseitige Stellung der Antriebs nocken für die Regelvorrichtung nach Fig. 2, Fig. 4 eine Regelvorrichtung für die Brennstoffzufuhr einer mit als mechanisches Gestänge ausgebildeten Sperrvorrichtung.
Die Brennkraftmaschine 1 in Fig. 1 hat zwei Freikolben 2 und 2', die sich gegenläu fig in dem Brennkraftzylinder 3 bewegen und in den Verdichterzylindern 4 und 4' Luft verdichten, die über die Sammelleitung 5 dem Brennkraftzylinder 3 durch die Spül- und Aufladeschlitze 6 zur Treibgaserzeugung zugeführt wird. Aus dem Zylinder 3 werden die Treibgase über die Auspuffschlitze 7 und die Leitung 8 einer Treibgaskraftmaschine, der Turbine 9, zugeführt, die den Generator 10 antreibt.
Die Gegenläufigkeit der Frei kolben 2 und 2' wird mittels des Synchroni- siergestänges 11 und 11' gewährleistet, des sen Schwinghebel 12 sich um die Achse 13 dreht. Es kann aber auch die verdichtete Luft nur zum Teil dem Brennkraftzylinder 3 oder ihm gar nicht zugeführt und für andere Zwecke als zur Treibgaserzeugung verwendet werden. Im letzteren Falle wäre auch keine Treibgaskraftmaschine 9 vorhan den. Die Nockenwelle 15 wird von der Welle 13 angetrieben. Sie kann anstatt mechanisch auch auf andere Art mit der Welle 13 ge kuppelt sein.
Der Nocken 16 auf der Welle 15 (Fig. 2) treibt über den Hebel 17, der sich um die Welle 18 dreht, den Kolben 19 der Nieder druck-Brennstoffpumpe 20 an. Diese saugt den Brennstoff aus der Saugleitung 21 durch das Saugventil 22 an und fördert die abge messene Menge durch die I\Tiederdrucl@-Brenn- stoffleitung 23 und das Ventil 24 in den Pumpenraum 25 der Hochdruckpumpe 26, deren Kolben 27 durch Flüssigkeit unter hohem Druck im Raum 28 betätigt wird.
Die Hochdruck-Brennstoffleitung 30 wird durch das Druckventil 29 von der Hochdruckpumpe 26 abgeschlossen und führt zum Einspritz- ventil 31, das am Brennkraftzylinder 3 (Fig. 1) angeordnet ist und dessen Nadel 32 durch die Feder 33 belastet wird.
Der Speicher 35 für Hochdruckflüssig keit steht unter einem Druck von mehreren hundert Atmosphären und -wird von einer nicht gezeichneten Drucl,:pumpe über die Leitung 36 gespeist. Die Leitung 37 führt zum Gehäuse 38 des Steuerschiebers 39, der den Zu- und Abfluss von Hochdruckflüssig keit zum und vom Raum 28 steuert. Die Leitung 40 verbindet das Gehäuse 38 mit dem Raum 28. Der Auslass 41 für Hoch druckflüssigkeit führt zum Beispiel zum Vor ratsbehälter, aus welchem die vorgenannte Druckpumpe die Hochdruckflüssigkeit wie der ansaugt.
Der Schieber 39 wird vom Z-#vischenschie- ber 43 im Gehäuse 44 betätigt. Letzterer wird durch die Feder 45 nach unten ge drückt und weist in seinem untern Teil einen Stempel 46 auf, dessen Rolle mit dem Nok- ken 47 zusammenarbeitet. Das Gehäuse 44 ist durch die Leitungen 48 und 49 mit dem Gehäuse 50 des Entlastungsschiebers 51 ver bunden,
der den Zufluss von einer Druckflüs sigkeit niederen Druckes aus der Leitung 52 zum Raum 53 im Zv-ischenschieber 43 und ebenso deren Abfluss aus diesem Raum zur Abflussleitung 54 steuert. Der Entlastungs schieber 51 wird mittels der Feder 55 her- untergedriielLt Lind vom Nocken 56 betätigt.
Das Saugventil 22 wird vom Hebel 17 über den Doppelhebel 57, der sich um den Exzenter 58 dreht, beim Niedergang des Plungers 19 angehoben und beim Druckhub dieses Plungers früher oder später entspre chend der Stellung des Exzenters 58 zum Abmessen einer bestimmten Brennstoffmenge geschlossen. Auf der Regelwelle 59 ist ausser dem Exzenter 58 auch der Hebel 60 befestigt, dessen freies Ende sowohl mit der Regelvor richtung, dem Kolben 61 im Zylinder 62, der durch die Feder 63 belastet wird,
als auch mittels des Lenkers 64 mit dem Winkelhebel 65 verbunden ist. Dieser dreht sich um den Exzenter 66 und wird von dem auf der Welle 15 verschieblich gelagerten Noeken 67 betätigt. Der Lenker 64 ist mit einem Schlitz 68 versehen. Der Nocken 6 7 wird mittels der Gabel 69, die mittels der Welle 70 gedreht wird, verschoben. Der Nocken 67 hat ein höheres Profil 67a und ein kleineres Profil 67b, die durch ein tbergangsstiiel#: mitein ander verbunden sind, um zum Beispiel im Leerlauf eine andere Regelkurve zu erzielen als bei Vollast und andern Belastungen.
Ausserdem können die Neigungen der Auf laufbahnen für die beiden Profile 67a und 67b verschieden sein, auch dann, wenn die Nockenhöhe von 67a und 67b gleich gross sein sollte. Die Welle 70 wird zum Beispiel entsprechend der Belastung der Freikolben maschine finit der Hand oder in Abhängig keit vom Treibgasdruck verstellt. Aus der Leitung 1 wird über das selbsttätig arbei tende Rückschlagventil 72 den Leitungen 73 und 74 ein zum Beispiel nicht kompressibles Druckmittel zugeführt.
Am Ende der Lei tung 73 ist das Ablassorgan 75 vorgesehen, das durch die Feder 76 nach unten gedrückt wird und über den Stössel 77 vom Nocken 78 angetrieben wird. Der Exzenter 66 wird mit tels des Hebels 79 durch den Kolben 80 ein gestellt, der einerseits zum Beispiel vom Treibgasdruck im Zylinder 81 bezw. bei Ruf ladung vom Rufladedruck, anderseits durch die Feder 82 belastet wird.
Die Wirkungsweise ist die folgende: Die Regelvorrichtung, der Kolben 61, wird in jedem Hubspiel der Freikolben 2, 2' mittels des aus dem Nocken 67, dem Winkel hebel 65 und dem Lenker 64 bestehenden Antriebes von der Anfangsstellung I in eine Regelstellung II gebracht. Der Nockenantrieb 64 bis 67 arbeitet dabei in Abhängigkeit von der äussern Hubendlage der Freikolben 2, 2'.
Wenn nämlich die Freikolben 2, 2' (Fix. 1) bei der Auswärtsbewegung vom innern Tot punkt ITP zum äussern Totpunkt ATP bei 7n (Fix. 3) angelangt sind, beginnt die Rolle des Hebels 65 auf dem Nocken der Scheibe 67 aufzulaufen. Infolgedessen werden der Kolben 61 und der Hebel 60 nach unten ge zogen, in Übereinstimmung mit der gemäss der Linie A (Fix. 3) ausgebildeten Nocken- bahn, bis die Freikolben 2, 2' ihre äussere Hubendlage erreicht haben.
Je mehr die äussere Hubendlage 2, 2' nach aussen verschoben wird, um so weiter ist die Regelstellung 1I des Kolbens 61 von seiner Anfangslage I entfernt. Infolgedessen ist das Saugventil 22 desto länger offen und somit die für die nächste Einspritzung abge messene Brennstoffmenge desto kleiner.
Der Kolben 61 wird nun in der Regel stellung II durch ein Sperrwerk festgehalten, wenn die Freikolben 2, 2' bei ihrer Rück kehr zur innern Totpunktstellung, unter der Wirkung des Druckes der restlichen Luft in den schädlichen Räumen der Verdichterzylin- der 4 oder einer andern bekannten Rück führvorrichtung für die Kolben 2, 2', die Welle 15 im Sinne des Pfeils 83 aus der Stellung III gegen die Stellung IV drehen.
Dabei bleibt die Rolle des Hebels 65 unter dem Einfluss der Feder 84 in Berührung mit der Nockenscheibe 67; weil aber die Rück kehr der Regelvorrichtung, des Kolbens 61, in die Anfangsstellung gesperrt ist, bewegt sich das Gelenk 85 des Hebels 65 im Schlitz 68.
In Fig. 2 ist das Sperrwerk des Kolbens 61 hydraulischer Art, indem eine im Zylin der 62, den Leitungen 73 und 74, zwischen dem Rückschlagventil 72 und dem Ablass- organ 75 eingeschlossene Sperrflüssigkeit den Kolben 61 in der Regelstellung II hält. Dieser Regelstellung II entspricht eine be stimmte Stellung des Exzenters 58 und somit ein bestimmter Zeitpunkt des Schliessens des Saugventils 22 entsprechend einer bestimm ten Lage des Niederdruck-Pumpenkolbens 19.
Somit wird eine bestimmte Brennstoffmenge abgemessen, wenn beim Einwärtshub der Freikolben 2, 2' der Nocken 16, der die Form der Nockenbahn F (Fix. 3) hat, den Pum penkolben 19 anhebt. Nachdem das Saug ventil 22 geschlossen ist, wird die abgemes sene Brennstoffmenge dem Raum 25 der Hochdruckpumpe 26 zugeführt. Dabei hebt " sich der Plunger 27 vom Anschlag 86 ab. In der Stellung k (Fix. 3) des Einwäxtshubes der Freikolben 2, 2' hat der Pumpenkolben 19 seine höchste Lage erreicht und die ganze abgemessene Menge in den Raum 25 hinüber geschoben, so dass das Ventil 24 schliesst.
Haben die Freikolben 2, 2' die Lage n (Fix. 3) erreicht, so hat die Nockenscheibe 7 8 den Stössel 77 so weit angehoben, dass das Ablassorgan 75 die Leitung 73 mit dem Aus lass 87 verbindet. Infolgedessen hebt die Fe der 63 den Kolben 61, drückt das im Zylin der 62 befindliche Druckmittel zum Auslass 87 hinaus und bewirkt die selbsttätige Rück kehr der Regelvorrichtung 61- in die An fangsstellung I.
Gleichzeitig hat die entsprechend der Linie E (Fix. 3) ausgebildete Nockenscheibe 56 den Schieber 51 absinken lassen, bis in der Stellung u (Fix. 3) der Freikolben 2, 2' die Leitung 52 mit der Leitung 48 verbun den wird und der Abfluss 54 von der Lei tung 49 abgesperrt ist.
Sobald nun der gemäss der Linie D (Fix. 3) geformte Nocken 47 den Stempel 46 und den Schieber 43 anhebt, bis die gante 8.8 den Zufluss von Druckmittel aus der Leitung 52 zum Raum 53 freigibt, wird der Schieber 43 in seine oberste End- lage gebracht.
Demzufolge sperrt der Schie ber 39 den Raum 28 von dem Abfluss 41 ab und verbindet ihn mit dem Speicherraum<B>35.</B> Nun tritt Hochdruckflüssigkeit in den Raum 28 ein und drückt den Nochdruckpumpen- kolben 27 herunter, so dass der Brennstoff aus dem Raum 25 durch das Druckventil 29 und das Einspritzventil 31 unter Anheben der Nadel 32 in den Brennkraftzylinder 3 eingespritzt wird. Die Einspritzung hört auf, sobald der Kolben 27 auf dem Anschlag 86 angelangt ist.
Bei der nun folgenden Verbrennung im Brennkraftzylinder 3 werden die Freikolben 2, 2' auseinandergetrieben. Die Welle 15 dreht sich entgegen dem Pfeil 83. Zuerst senkt sich der Stempel 46 beim Ablauf sei ner Rolle vom Nocken 47. Doch bleibt der Schieber 43 noch in seiner obern Endstellung, denn das Druckmittel im Raum 53 steht noch unter Druck, bis der Schieber 51 durch den Nocken 56 so weit angehoben ist, da.ss er die Verbindung zwischen den Leitungen 52 und 48 unterbricht, hingegen die Leitung 49 und damit den Raum 53 mit dem Abfluss 54 ver bindet.
Das Druckmittel entweicht und der Schieber 43 geht unter dem Druck der Fe der 45 herunter, nimmt den Schieber 39 mit, der wiederum den Raum 28 der Hochdruck pumpe 26 vom Speicherraum 35 absperrt und ihn mit dem Ablauf 41 verbindet. Gleichzei tig ist durch Ablauf des Stössels 77 vom Nocken 78 das Ablassorgan 75 abgesenkt und die Leitung 73 geschlossen worden. Schliess lich senkt sich beim Ablauf der Rolle des Hebels 17 vom Nocken 16 auch der Nieder druck-Pumpenkolben 19, das Saugventil 22 hebt sich, so dass erneut Brennstoff von der Niederdruckpumpe 20 angesaugt wird. Damit sind sämtliche Organe in die gezeichnete Stellung zurückgekehrt und ein neues Spiel schliesst sich dem beschriebenen an.
An Stelle des Kolbens 61 im Zylinder 62 in Fig. 2 ist in Fig. 4 der Hebel 95 als Regelvorrichtung vorgesehen, der, auf der Regelwelle 59 aufgekeilt, von dem Nocken- antrieb 65, 67 in der für die Ausführungs form von Fig. ? beschriebenen Weise in Ab hängigkeit von der Hubendlage der Freikol ben 2, 2' von der Anfangsstellung V in die Regelstellung VI entgegen der Wirkung der Feder 96 gebracht wird.
Als Sperrvorrich tung dient die Sperrklinke 97, die durch die Feder 98 gegen das Sperrsegment 99 am Hebel 95 gepresst wird und die selbsttätige Rückkehr der Regelvorrichtung 95 in die Anfangsstellung V so lange verhindert, bis die Sperrklinke 97 durch den Nocken 78 vom Sperrsegment 99 abgehoben wird und den Hebel 95 freigibt.
Die Einwirkung der Regelvorrichtung 95 auf das Sangventil 22 mittels der Regelwelle 59 und des Exzenters 58 und somit auf die Abmessung des Brennstoffes in der Nieder druckpumpe 20 ist dieselbe, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 bereits be schrieben.