DE1601333A1

DE1601333A1 - Brennkraftmaschine mit Freiflugkolben und angetriebener Pumpe

Info

Publication number: DE1601333A1
Application number: DE19681601333
Authority: DE
Inventors: Helmut Schoepke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-01-30
Filing date: 1968-01-30
Publication date: 1970-05-21

Description

Br—kraftmaschine »it yrolflmtkolben and angetriebener Pumpe

α eg «net «cd der Beiohreibung ist eine Prelflugkolbenbremekraftmasohine ait einer angetriebenen Pumpe, bei der der Ui.ytrbrenn«flg»- raue erzeugte Qasdruok iur iörderung eine· etrBmungBfahigen Mediums eusgtnutst wird.

B» sind Bremekraftmasohinen bekannt, die Über Kurbel triebe ihre Kraft auf die Kurbelwelle übertragen· Dabei wird die hin- und hergehend* Bewegung 4er Kolben in eine Drehbewegung umgewandelt, .Wird sit einer solchen Bremekraftmasohine β.B. eine Kolbenpumpe angetrieben, dann miß die Drehbewegung der Bremskraftmasehine, über eine Kupplung, ia der Pumpe wieder in eine hin- und hergehende Kolbenbewegung umgewandelt werden· Dieser Weg let uaetändlioh und •oll duroh den Erfindungsgegenstand vermieden werden. Die Haohteile Ton Kurbel trieben eind bekannt.

Sine Brsmekraftmaschine mit Preiflugkolben und angetriebener Pumpe, -bsw. mehreren angetriebenen pumpen ist in Abb. 15 β ehem. dargestellt. Die Abb. 1 bis 14 dienen der theoretischen Erleuterung.

Auegangegegenetand für die Beeöhreibung ist eine Bremskraftmaeohine nach Abb. 1, die als Grundthyp aus ewei gegenüberliegenden Zylindern 1 und 2 besteht, in denen 2 Kolben 3 und 4 mit einer Kolbenstange 5 verbunden sind und gegeneinander arbeiten. Die Räume 10 und 11 sind dabei die Verbrennungsräume· Es ist auoh die Bauform nach Abb. 2 denkbar, bei der die beiden Zylinder eu einem gemeinsamen Zylinder 9 Busammengefaßt sind, und die beiden Kolbenstangen 7 und 8 naoh außen geführt werden.

Eine weitere Bauform seigt Abb· 3· Bei dieser sohem· Darstellung handelt es sich um eine Brennkraftmaschine, bestehend aus den Hauptsylindern 12 .und 13, der gemeinsamen Kolbenstange 5, auf der Kolben 16 und 17 angeordnet sind, die in den Zylindern 14 und 15 ■ion bewegen. Kolben 16 und 17 bilden mit den Zylindern 14- und 1$ die Räume but Yorkompression der Luft, welche, sur Erreichung eines guten lüllungsgrade», den Verbrennungsräumen der Brennkraftmaschine, zugeführt wird· Hierbei handelt es sioh um eine Brennkraftmaschine mit fremdbelüftung, bei der die Steuerung der Luft, in bekannter Weise, über Ventile oder Steuerschlitse vorgenommen werden kann.

Die Bremskraftmasohine naoh Abb. 1 bis 3 kann als Diesel- oder Vergasermotor ausgebildet werden, wobei der Ausführung als Dieselmotor besondere wirtschaftliche Bedeutung sukommt. Die Kolben arbeiten gegeneinander im Zweitaktverfahren. Erfolgt naoh Abb. 1 im Verbrennungsraum 10 die Verbrennung und Ausdehnung der verbrannten 0ase, so erfolgt im Verbrennungsraum U die Kompression der angesaugten luft oder des angesaugten Gases und umgekehrt.

Während eines Arbeitshubes von Kolben 3 nach Abb. 1, entsteht ein

Indikatordiagramm nach Abb. 4. Die Kurve 18 stellt die Exspansionskurve der verbrannten Gase und die Kurve 19 die Kompressionskurve der angesaugten Luft» oder des angesaugten (lasse im gegenüberliegenden Zylinder dar. In Abhängigkeit von Druok und. Weg ent-

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stehen Arbeitsflächen 20, 21 und 22. Die fläohe 20 bedeutet die Bur Verfügung stehende Arbeit und die Fläohe 22 die zur Kompression •rforderliohe Arbeit» Bei Fläche 21 deckt eich der Arbeiteanteil der Expansion mit dem aufzubringenden Arbeiteanteil der Kompression. Wird theoretisch der Arbeitsanteil der Fläche 22 von Fläche 20 abgezogen, so ergibt sich nach Abb. 5 eine verbleibende, zur Verfügung stehende, Arbeit nach Fläche 2?. Die über den gesamten Hub von A bis I verteilte Fläohe 23, ergibt eine Fläche mit einer Druck höhe Fi. Sie Kraft Fi ist die max. Kraft, die bei einer bestimmten Leistung, als gleichbleibende Kraft an der Kolbenstange abgenommen werden kann«

Sa ist aus Abb. 5 weiterhin ersichtlich, daß bei Abnahme einer Kraft Fi, die überschüssige Kraft aus der Arbeitsfläche 23, sich in Besahleunigungsarbeit auf die Hassen der Zylinder, Kolbenstange und den damit verbundenen Zubehörteilen übertragen muß. Die Wucht dieser Massen wir dann später, beim Durchlaufen des Hubes, bis zum Hubende I in Kompressionsarbeit kompensiert. Das bedeutet, daß bei geringerer Nutzkraftabnähme, eine größere Kraft zur Kompression im gegenüberliegenden Verbrennungsraum zur Verfügung steht, was besonders beim Dieseltrieb von wirtschaftlicher Bedeutung ist. Auch für den Vergasermotor gelten ähnliche Gesichtspunkte zwischen der Wucht der Hassen auf der einen Seite und der Kompensation dieser Wucht dieser Wucht durch das Luft- oder Gasvolumen auf der anderen Seite-, Da keine geometrisch festliegenden Totpunkte vorhanden sind, kann die Zündung, auch Selbstzündung, an beliebiger Stelle am Ende eines Hubes eingeleitet werden«

Denkt man sich nach Abb ο 14 die hin- und hergehende Kolbenstange 5 mit dem Pumpenkolben 68 einer Fumpe verbunden, der sich im Zylinder 69 hin- und her bewegt, so entstehen 2 Arbeitsräume 70 und 71, d±3 zur Förderung eines ströaiungefähigen Mediums genutzt werden können. Die Arbeitsräume 70 und 71 sind dabei mit Saug- und Druckventilen ausgerüstet, Bei einer solohen Ausführung wird bei einer konstanten Hubzahl/min«, der Bremskraftmas chine, eine konstante Menge eines βtrömungafähigen Mediums gefördert,

Denkt man sich die hin- und hergehende Kolbenstange 5, nach Abb. 6, mit einem Keilstück 24 verbunden, dessen Seiten um den Winkel geneigt sind, dann bewegt sich die Kolbenstange 25, einer als Beispiel angesetzten Pumpe 26 in Pfeilrichtung L, wenn sich die Kolbenstange 5 in Bfeilrichtung K bewegt» Voraussetzung für die Bewegung der Kolbenstange 25 der Pumpe 26 ist, daß der Winksl ·* größer als 0 isto Das bedeutet, daß keine Förderung eines Mediums durch die pumpe 26 erfolgt, wenn der WinkeloC a 0 ist,

Hach dem Kräfteparallelogramm Abb, 7 übt die Kolbenstange 5 mit dem daran verbundenen Toil 24 bei einer Kraft Pi, in Abhängigkeit vom . Anstellwinkel <X , eine Querkraft M aus, die zum Antrieb einer Pumpe nutzbar gemacht werden kannο Die Pumpe 26 hat aufgrund das Winkels des Kurvenstückes 24 _P in Abhängigkeit vom Hub der Brennkraftmaschine_t einen bestimmten Ausschlag, der in Abb. 7 mit "Hub der Pumpe" beeeiohnet wurde. Der Hub ändert sich? bei konstantem Hub der Bremskraftmas chine, mit dem Winkel . Gleichzeitig ändert sich auch die Querkraft M. Bei einer bestimmten Leistung besteht die Beziehung:

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grote fördermenge der Pumpe bei kleinerem Druck, gegenüber kleinerer Fördermenge bei höherem Druck,

In Abb. 8 eind Mehrere Pumpen su einer Gruppe susammengefaet. Das Teil 27 beeteht dabei aue 2 gegeneinander gerichteten Kurrenstttoken, auf denen die Rollen der Kolbenstangen 32, 33 t 34 und 35 der Pumpen

28, 29t 30 und 31 abrollen. Dm Kurven- oder Keilstuok 27 let ait der Kolbenetange rerbunden. Zum Ausgleich der Querkraft K auf die Kolbenetange 5» eind die Pumpen paarweise angeordnet. Bsi Bewegung der Kolbenstange 5$ in Pfeilriohtung 0« fördern die Pumpen 28 und

29. Bei Bewegung in Pfeilriohtung S fördern die Pumpen 30 und 31» Das System nach Abb. 8 braucht dabei nicht auf 2x2 > 4 pumpen beschränkt bleiben. Be let auch gleich« ob die Pumpen in eines Ebene oder räumlich versetzt sind, wie das s.B. nach Abb. 9 der fall ist.

Sin Kurvenstück 451 welches den aus dem Kräfteparallelogramm Abb.7 gemachten Beziehungen swischen Kolbenkraft Pl, dem Winkel und der Querkraft M Rechnung trägt und Regelung der Pumpen im -Bezug auf Druck und Menge ermöglicht,ist in Abb. 10, 11 und 12 dargestellt. Dieses Kurvenstück 45 1st als Beispiel angeführt und bleibt auf die Form nloht beschränkt, da mehrere AusfUhrungsformen denkbar sind. Es können t.°. mehrere KreuekurvenatUoke hintereinander, oder gegenüber nur 4 angeordneten Kurvenfläohen 41, 42, 43 und 44, weitere Kurvenfläohen auf dem Umfang angeordnet werden.

Bei dem Kreuzkurvenetück 45 nach Abb. 10, 11 und 12 handelt es sich um einen Körper, der auf der Kolbenetange 5 drehbar gelagert und in

axialer dichtung arretiert ist. Am Umfang des Kreuzkurvenetückes 45 befinden eich 4 räumlich gekrümmte Flächen 41, 42, 43, 44. Die Fläohen sind in den Schnitten P, Q, R, S der Abb. 10 mit veränderten Winkeln £bb. 12, auegeführt. Abb. 10 zeigt den Schnitt V- W aue Abb. 11. Während die Fläohen 42 und 44 auf die Achse der Kolbenstange geneigt sind, sind die Flächen 41 und 43 in entgegengesetzter Richtung auf die Kolbenetange 5 geneigt.

Durch Drehen dee KurvenstUckee 45 an den Nocken 46 und 47 kann der gewünschte Winkel«x , auf dessen geneigtem Schenkel sich die Antriebsrolle der Pumpe bewegt, eingestellt werden. Das bedeutet eine mögliche Druck- und Mengenregelung für die Pumpe. Zur Erreichung einer konstanten Fördermenge durch die Pumpe, können die um den Winke!

ν am Umfang dee Kreuzkurvenetüokes 45 geneigten Flächen 41, 42, 43 und 44 auch wellenförmig ausgebildet werden, nach Abb. 13ι damit die'ungleichförmige Geschwindigkeit der Kolben der Bremekraftmaschine Berücksichtigung findet.

Die Brennkraftmaschine mit Freiflugkolben und angebauten Pumpen ist als Beispiel in Abb. 15 schematisch dargestellt. Sie besteht aus den beiden Haupt zylindern 48 und 49₁ in denen die beiden Kolben 50 und 51 sich hin-und herbewegen. In den Luftzylindern 52 und 53 befinden sich die Luftkolben 54 und 55, die mit den Kolben 50 und 51 dem KreuzkurvenstUek 56 und der Kolbenstange 57 verbunden sind. Der Hocken 58 des Kreuskurvenetückes 56 gleitet in der Hut eines Gleitstückes 59t welches über Hebel mit den Zylindern 60 und 61 verbunden ist . Auf den Kurven dee Kreuzstückes 56 laufen die Rollen 64 und 65, der Pumpen 62 und 63· Die Kammern 66 und 67 dienen zur Aufnahme von Schmiermittel für die Kolben.Si)₁ und_n5J.-und den in diesem

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Bereich liegenden Seilen der Kolbenstange 57. Die beiden Zylinder. 60 und 61 haben die Aufgabe, die Fördernenge und den Druck der Pump·, in Abhängigkeit von eystemdruek, in Fora einer Leistungs- oder Drehmomentenregelung* einzuleiten. Se let dabei ohne Bedeutung» ob die Regelung selbetatig oder durch freadeinwlrkung erfolgt.

D* bei der trelflugkolbenbremskraftmaschine keine fixierbaren lotpunkte vorhanden sind, und der Kolbenhub von den Druokverhältnissen in den Zylindern abhängt, kann der Zeitpunkt der Zündung oder der Einspeisung von Kraftstoff« von der Ctesohwlndigkelt der Kolben in Zylinder durch ein «lektronagnetisohee feld in Abhängigkeit gebracht werden»

Da bei der Preikolbenbremekraftmasohine mit angebauter Pumpe die Menge des einsus pels enden Kraftstoffes von der abverlangten Leistung abhingt, kann aur Erreichung eines wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauches, die Kraftstoffmenge von dem Druok dee Mediums im Fumpensyetem in Abhängigkeit gebraoht werden» Hoher Druok im Pumpensystem bedeutet eine große Leistungeabnanme, geringer Druck eine geringe Leietungsabnahme bei gleicher Menge. Die Mengenregelung ist durch das Kreusekurvenetück 45 gegeben.

Durch die mögliche Druckkompensation in den Verbrennungsräumen, den von der Kolbengesohwindigkelt in Abhängigkeit gebrachten Zündoder Slnepeisungßsseitpunkten, der Regelung der Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Druok des Mediums Im pumpensystem und der mögliohen Mengenregelung der Pumpe, kann eine höhe Anpassungsfähigkeit und Wirtsohaftliohkeit mit geringem Aufwand erreicht werden. Die Parallelschaltung mehrerer Verbrennungakraftmaschinen in der vorbeschriebenen Ausführung ist möglich, somit auoh das An- und Abschalten eineeiner zu einer Baugruppe zusammenarbeitender Brennkraftmaschinen, wodurch die Anpassungsfähigkeit erweitert werden kann.

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Claims

1.) Preikolbenbremekraftaaaohine alt Angetriebener Pumpe» bei der ■ der in den Verbrennungsräumen der Bremekraf taaaohine erieugter ömdruok iur Förderung ein·· stoöeungefähigen Medium genutet wird; daduroh gekennzeichnet, daS β ion swei Kolben 74 und 75» Abb_o 14, die mit einer Kolbenstange 5 Yerbunden eind und im Zweitaktverfahren gegeneinander arbeiten, in bekannter Vela· gegenüberliegen und «ion in den Zylindern 72 und 79 hin und her bewegen und alt ihren Stirnflächen und den Zylindern 72 und 79 die Verbrennungsräume bilden, wobei eine zwischen den Zylindern 72 und 73 angeordnete beidseitig beaufschlagte Kolbenpumpe 69 angeordnet ist* dessen Kolben 68 mit der Kolbenstange 5 verbunden und mit dem Gehäuae der Pumpe 69 swei Kammern 70 und 71 bilden, die aur förderung eines strömungsfähigen Mediums genutet werden.

2«) freikolbenbrennkraftmaschine mit angetriebener Pumpe, naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS «le von der Kolbenstange 5 übertragene Kolbenkraft auf mehrere «wischen den Zylindern 72 und 73 angeordnet« Kolbenpumpen übertragen wird, wobei die zur Betätigung der Kolbenpumpen wirkenden Kräfte in Kraftrlohtung der Kolbenstange oder parallel au dieser liegen.

3«) Freikolbenbrennkraftmaschine mit angetriebener Pumpe, naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daB swiaohen den Zylindern und 49» Abbο 15, ein Kreuzkurvenstüok 36 auf der Kolbenstange 37 angeordnet ist, welohes duroh seine um den Winkel oc geneigten, räumlich gekrümmten flächen 41, 42, 43» 44_t Abb. 10 und 11, dl· von der Kolbenstange 57 Übertragene in azeialer Richtung verlaufende Kolbenkraft in wirksame Querkräfte auf die Kolben 64 und 65 der Pumpen 62 und 63 überträgt.

4.) Freikolbenbrennkraftmaschine mit angetriebener Pumpe, naoh Anspruch 1 und 3» daduroh gekennzeichnet, daß das Kreuzkurvenstüok 56 mit den Nocken 58 in den Hüten des Gleitstücke· 59

axsial beweglich angeordnet ist und mit diesem um die Kolbenstange 57 gedreht werden kann, wobei «loh duroh die räumliohen Krümmungen der Flächen 41, 42, 43t 44, Abb. 11 und 12, die ua den Winkel öv geneigten geradlinigen Ablaufbahnen Abb. 12 oder gekrümmten Ablaufbahnen Abb. 13» ändern, von denen die auf dl· Kolben der Pumpen wirkenden mit dem Anstellwinkel eC sich ändernden Querkräfte und Hubaueschlage der Pumpen abgenommen werden.

5.) Freikolbenbrennkraftmaschine mit angetriebener Pumpe naoh Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kreuikurvenstücke 56 auf der Kolbenstange 57 angeordnet sind.

6.) Freikolbenbreaskraftmasohlne mit angetriebener Pumpe, nach Anspruch 1 bis 5* daduroh gekennzeichnet, dafl iwisohen den Hauptzylinder 48 oder 49 und dem zur Vorverdichtung eines etuchiο metrischen Gemischeβ oder Luft dienenden Zylinder 52 oder 53, Kammern 66 und 67 zur Aufnahme von Schmiermittel eingerichtet sind.

7.) Freikolbenbremakraftmasohlne mit angetriebener Pumpe, nach Anspruoh 1 bis 6, daduroh gekennzeichnet, daB der Zündzeitpunkt

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oder der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung von der Geschwindigkeit der Kolbenstange 57 oder von den auf ihr fest verbundenen Teilen in Abhängigkeit gebracht wird.

8.) Freikolbenbrennkraftmaschine mit angetriebener Pumpe, nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Verbrennungsräume einzuspritzende Kraftstoff menge von dem Druck des Fördermediums des Pumpensystems in Abhängigkeit gebracht wirdο

9.) Freikolbenbrennkraftmaschine mit angetriebener Pumpe, nach Anspruch 3+5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreuzkurvenstück 56, am äußeren Umfang, nur 1 oder beliebig viele räumlich gekrümmte Flächen aufweist«

10.) Freikolbenbremskraftmaschine mit angetriebener Pumpe, nach Anspruch 3, '+, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreuzkurvenstück 56 über den Nocken 58 und dem Gleitstück 59 mit einer Verstelleinrichtung 60 und 61 verbunden ist, die in Abhängigkeit von dem Druck des Mediums im Pumpensystem eine lastabhängige Verstellung des Kurvenstückee 56 und somit eine Mengen- und Druckregelung einleitet-

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