DE1068055B - Zum Antrieb von Pumpen als Energicumformer dienende Brennkraftmaschine mit freifliegenden Ko'ben - Google Patents

Description

• Zum Antrieb von Pumpen als Energieumformer dienende Brennkraftmaschine mit frei fliegenden Kolben Durch einen Elektromotor oder Verbrennungsmotor angetriebene Kolbenpumpen, deren Fördermenge und Druck zur Regelung des Drehmomentes und der Drehzahl der nachgeschalteten hydraulischen Kraftmaschine geregelt werden kann, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Die Regelung der Fördermenge und damit auch des erreichbaren Druckes erfolgt durch veränderliche mechanische Mittel, z. B. Taumelscheiben, die den Hub der Pumpenkolben verändern.
• Es sind auch Verbrennungsmaschinen mit frei fliegenden Kolben zum Antrieb einer Pumpe bekannt, wobei die Flüssigkeit entweder auf große Höhen gefördert oder zum Antrieb von Turbinen benutzt wird. Diese Ausführungen eignen sich jedoch nicht zum Antrieb von nachgeschalteten hydraulischen Kraftmaschinen, die, wie z. B. beim Fahrzeugantrieb, wesentliche Veränderungen des Drehmomentes und damit des Pumpenförderdruckes sowie einen Leerlauf der Brennkraftmaschine ohne jede Förderung durch die Pumpe erfordern. Manche bekannte Maschinen erlauben keine nennenswerte Änderung des Hubes und damit des Gegendruckes, da an beiden Totpunkten der Motorkolben eine Zündung und Verbrennung stattfinden soll, was nur bei annähernd konstantem Hub möglich ist. Allgemein gilt, daß der Arbeitsprozeß im Motor nur bei gleichzeitiger Förderung von Druckflüssigkeit durch die Pumpe durchgeführt werden kann.
• Erfindungsgemäß wird der Teil des Pumpenhubes. der dem zur Durchführung des Motorarbeitsprozesses notwendigen Motorkolbenhub entspricht, unwirksam gemacht und der darüber hinausgehende Teil des Motorkolbenhubes und der entsprechende Teil des Pumpenhubes lediglich durch Veränderung der Brennstoffmenge so geregelt, daß eine weitgehende Anpassung der Fördemenge der Pumpe an die erforderlichen Pumpendrücke erfolgt. Die Verhinderung der Förderung kann hierbei durch Anordnung eines von der Kolbenstange der Motorkolben gesteuerten Rückschlagventils geschehen. Wird nämlich z. B. beim Antrieb eines Fahrzeuges während des Anfahrens eine große Beschleunigung des Fahrzeuges gewünscht, so braucht dem Motorteil nur eine entsprechend große Brennstoffmenge zugeführt zu werden. Hierdurch vergrößert sich der Hub der frei fliegenden Kolben und der wirksame Pumpenhub, was, da die- hydraulische Kraftmaschine die geförderte Menge noch nicht verbrauchen kann, zu einer Erhöhung des Pumpenförderdruckes führt. Dies hat zur Folge, daß sich nun der Kolbenhub genau auf den dem Druck und der zugeführten Brennstoffmenge entsprechenden Hub einstellt.
• Bei Verbrennungsmaschinen mit frei fliegenden Kolben zum Antrieb eines Verdichters wird die Arbeit zur Verdichtung im Motorzylinder entweder aus dem Totraum des Verdichterzylinders selbst oder aus besonderen pneumatischen Rücklaufspeichern entnommen. Diese Rücklaufspeicher nehmen beim Auswärtsgang der Kolben Arbeit auf, die sie auf dem Einwärtsgang wieder abgeben. Die Arbeitsaufnahme erfolgt dadurch, daß sie unter annähernd konstantem Druck mit dem geförderten Gas gefüllt sind oder im Rücklaufspeicher eine Verdichtung und Expansion stattfindet. Bei einer Energieumformung durch eine Pumpe steht zur Füllung des Rücklaufspeichers kein gefördertes Druckgas zur Verfügung. Erfindungsgemäß wird als Fülldruck des Rücklaufspeichers der Druck der Motorladeluft benutzt; ein besonderer., durch eine Abgasturbine angetriebener Verdichter fördert hierbei die Ladeluft für den Motor mit-dem erforderlichen Druck. Dies hat den Vorteil, daß- der Rücklaufspeicher mit einem annähernd konstanten Druck arbeitet, was gegenüber einem Rücklaüfspeicher mit Verdichtung wirtschaftlicher ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Pumpenaggregat wegender Verdichtung der Ladeluft kürzer und lichter wird. -.
• Die Kolbengeschwindigkeit der frei fliegenden Kolben läßt sich wesentlich. höher halten als die von Pumpea*olben. Nach der Erfindung wird deshalb die Anordnung der Pumpenachse in einem Winkel zu der Achse des Verbrennungsmotors vorgenommen, so daß sich ein wesentlich kleinerer Hub der Pumpenkolben als der der Motorkolben ergibt.
• Um eine günstige Verteilung des Regelbereiches des Pumpenhubes auf den Hub der frei fliegenden Kolben und eine Beanspruchung der Pleuelstangen der Pumpe durch die sehr hohen Kolbenkräfte der Pumpe nur auf Zug zu erreichen, wird die Pumpe so angeordnet, daß der Arbeitsbuh der Pumpe in Richtung auf die Achse des Verbrennungsmotors erfolgt. Um bei den auftretenden großen Kräften die frei fliegenden Kolben des Verbrennungsmotors nicht zu belasten, werden die Pumpen paarweise und entgegengesetzt angeordnet.
• Wenn die Achse der Pumpenzylinder so angeordnet wird, daß sie den inneren Umkehrpunkt des Kolbentxnlzens der Pleuelstange 7 schneidet, beginnt der Arbeitshub der Pumpe in der inneren Umkehr der E>refinkraftkolhen und die Förderung der Pumpe später nach Ablauf des Motorarbeitsprozesses, wobei die Pumpenkolben bereits eine höhere Geschwindigkeit besitzen. Damit treten stoßartige Beanspruchungen der Druckventile der Pumpe auf. Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Achse der Pumpe weiter auswärts angeordnet, so daß der Beginn des Pumpens zwar in den Bereich hoher Geschwindigkeit der Bretmkraftkolben, jedoch niedriger Geschwindigkeiten der Pumpenkolben fällt. Die sich hierbei zwangläufig ergebende kleine zusätzliche Auf- und Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens kann in Kauf genommen werden, da eine Förderung durch die Pumpe hierbei nicht auftritt.
• Die Flüssigkeit kann der Saugseite der Pumpe finit einer von der hydraulischen Kraftmaschine angetriebenen besonderen Pumpe unter Druck zugeführt werden. damit eine möglichst hohe Hubzahl erreicht werden kann.
• Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Irrfindung.
• Im Motorzylinder 1 arbeiten die Motorkolben 2 und im Rücklaufzvlinder 3 die Rücklaufkolben 4. Der Motorzvlinderl ist mit Spülschlitzen 5 und Auspuffschlitzen 6 versehen. An den ?Motorkolben 2 sind die Pleuelstangen 7 für die entgegengesetzt und paarweise angeordneten Pumpen 8 angeordnet.
• Innerhalb des gezeichneten Hubes. der etwa dem zur Durchführung des Arbeitsprozesses im :Motor entspricht, erfolgt keine Förderung durch die Pumpe. Erst bei Vergrößerung des Hubes tritt, abhängig von der zugeführten Brennstoffmenge, eine sich durch den Widerstand und das notwendige Drehmoment der hydraulischen Kraftmaschine ergebende entsprechende Förderung ein. Das aus den Auspuffschlitzen 6 austretende Abgas strömt über das, wenn notwendig, angeordnete Druckhaltungsventil 9 durch die Leitung 10 zur Abgasturbine 11, die den Verdichter antreibt. Aus dem Verdichter tritt die vorverdichtete Ladeluft durch die Leitungen 12 und 13 zu den Spülschlitzen 5. wobei die Zylinderräume 14 mit dem vom Verdichter geförderten Druckgas unter annähernd konstantem Druck gehalten werden. In der Leitung 10 kann zum Ausgleich von Druckschwankungen ebenso wie in der Leitung 12 ein Aufnehmer von bestimmten Volumen angeordnet werden. Das zur Synchronisierung der beiden Kolbenseiten notwendige Kupplungsgetriebe ist nicht dargestellt; es kann in bekannter Ausführung als Zahnstangengetriebe vorgesehen werden, es können hierzu aber auch Bauelemente des Pumpenantriebs herangezogen werden, oder es kann eine hydraulische Kupplung verwendet werden.. Das Gelenk 16 der Pumpe kann mit dein Gelenk 17 und das Gelenk 18 mit dem Gelenk 15 durch eine Zugstange verbunden werden, wodurch Seitenkräfte der Pumpenkolben vermieden werden.

Claims (1)

1. PATt:NTANSPRc'(:ff1:. 1. Brennkraftmaschine mit frei fliegenden Kolben und einer oder mehreren Pumpen als Energieumformer, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Kolbenhubes der Pumpe, der denn zur Durchführung des Arbeitsprozesses der Brennkraftmaschine notwendigen Hub entspricht, ohne Förderung der Pumpe verläuft und der übrige "feil de., Kolbenhubes der Pumpe in Druck und Fördermenge durch Veränderung des Hubes der Kolben der Brennkraftmaschine geregelt wird, wobei zur Rückführung der Motorkolben in an sich bekannter @@'eise mit Druckgas belastete Kolben dienen. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als auf die Rückführkolben wirkender Druck der Druck der von einem besonderen Verdichter geförderten Motorladeluft dient, wobei dieser Verdichter von einer Abgasturbine angetrieben wird. 3. Brennkraftnnaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Verdichtung im Motorzylinder notwendige. auf die Rückführkolben wirkende Druck annähernd konstant ist. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des oder der Pumpenzylinder zur Achse des Motorzylinders in einem Winkel angeordnet ist. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des oder der Pumpenzylinder die Achse des Brennkraftkolbens außerhalb des inneren Umkehrpunkts der Anlenkung der Pumpenpleuelstangen schneidet. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des oder der Pumpenkolben kleiner ist als der Hut) der frei fliegenden Kolben des Verbrennungsmotors. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß det Arbeitshub der Pumpe in Richtung auf die Achse des Motorzylinders zu erfolgt. B. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Seitenkräften auf die frei fliegenden 1`olben des Verbrennungsmotors die Pumpenzylinder paarweise und entgegengesetzt angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 871409, 395 071, 360 857, 358 643; französische Patentschrift Nr. 595 341; britische Patentschrift Nr. 113 654.