DE1950769A1

DE1950769A1 - Verbrennungsmotorpumpe mit ueber einen Druckbehaelter beaufschlagbarem,mit dem Motorkolben verbundenem Rueckfuehrkolben

Info

Publication number: DE1950769A1
Application number: DE19691950769
Authority: DE
Inventors: Potma Theodorus Gerhardus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-10-08
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1970-06-25
Also published as: NL160632C; NL6814405A; DE1950769C2; NL160632B; US3606591A

Description

1950769 Andrejewski & Honke Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Waiter Andrejewski

-ζ-* ι. ι.Γ,/ττ Diplom-Ingenieur

Anwaltsakte: 33 W/Un _Df __{|ng Manfred Honke}

Essen, den 6. Oktober 196c Kettwiger Straße 36 (]

Patentanme ldung
Theodorus Gerhardus Potma
Oosteinde 124
Berkhout / - Holland -

Verbrennungsmotorpurape mit über einen Druckbehälter beaufschlagbarem, mit dem Motorkolben verbundenem Rückführkolben.

Gegenstand der Erfindung ist eine Verbrennungsmotorpumpe, bei welcher der Kompressionshub unter dem Einfluß eines Druckmediums erfolgt, welches von einem Druckbehälter aus in den Zylinder eines mit dem Arbeitskolben verbundenen Bückführkolbens einführbar ist.

Allgemein wird von derartigen Motorpumpen eine innerhalb weiter Grenzen veränderbare Leistung verlangt, die beispielsweise von den Schwankungen zwischen Null-Last und Voll-Last beim Antrieb eines Hydromotors durch das Druckmedium abhängt. Bei den bisher

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bekannten Kompressoren mit frei bewegbaren Kolben kann die Hubfrequenz jedoch nur innerhalb sehr enger Grenzen verändert werden. Soweit daher bei einer Verbrennungsmotorpumpe mit frei bewegbaren Kolben die Leistung innerhalb sehr weiter Grenzen einstellbar sein muß, ist es bei den bisher bekannten Konstruktionen erforderlich, neben der Frequenz auch die Leistung pro Hub zu verändern. So lässt sich beispielsweise bei Brennstoff-Einspritzpumpen die Hubleistung dadurch regeln, daß während des Pumpenhubes ein größerer oder kleinerer Anteil der geförderten Brennstoffmenge wieder dem Brennstofftank zugeführt wird, von welchem aus die Pumpe versorgt wird. Der Wirkungsgrad wird in diesem Fall jedoch stark durch StrömungsVerluste beeinflusst, sodaß die Ausbildung des Reglers reichlich kompliziert wird.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei Verbrennungsmotorpumpen der eingangs genannten Art diese Schwierigkeiten zu beheben, und schlägt aus diesem Grunde vor, daß die Pumpe eine den Zufluß des Druckmediums zum Zylinder des Rückführkolbens zu Beginn des Hubes dieses Kolbens einstellende Einrichtung als Frequenzregler aufweist.

Auf diese Weise lässt sich die Hubfrequenz innerhalb sehr weiter Grenzen mittels einer sehr einfachen Konstruktion regeln, und zwar selbst zwischen Null- und Maximalleistung, sodaß die Pumpenleistung durch konstante Abgabe pro Hub den Abnahmebedingungen angepasst werden kann.

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Insbesondere sieht die Erfindung vor, daß von einem Druckbehälter zum an der Druckseite des RUckführkolbens gelegenen Außenende des RückführZylinders eine Leitung mit einem regelbaren Durchlaß sowie eine während des Rückführhubes des Kolbens an den Druckraum des Zylinders anschließbare Hauptleitung vorgesehen ist, wobei die Einmündung der Hauptleitung in den Rückführ zylinder durch den plungerförmigen Rückführkolben steuerbar ist. Zweckmäßigerweise ist außerdem an dem an der Druckseite des Rückführkolbehs gelegenen Ende des Rückführzylinders eine zu einem Druckbehälter führende Auslaßleitung mit einem Rückschlagventil angeschlossen. Dabei kann der Rückführzylinder zugleich den Pumpenzylinder und der damit über die Auslaßleitung und das Rückschlagventil verbundene Druckbehälter den Pumpendruckbehälter für den Antrieb der anzutreibenden Einrichtung bilden, wobei von letzterer aus eine Druckmitte1-Abflußleitung zum über die ein Rückschlagventil aufweisende Hauptleitung mit dem Rückführzylinder verbundenen Druckbehälter führt.

Allen diesen Ausführungen ist die den Zufluß des Druckmediums zum Zylinder des Rückführkolbens oder Pumpenkolbens einstellende Einrichtung für die Zeitspanne vom Ende des Expansionshubes bis zu dem Augenblick gemeinsam, in welchem der Rückführkolben den ersten Teil des darauf folgenden Kompressionshubes zurückgelegt hat. Auf diese Weise lässt sich während des ersten Teiles der Rüökführbewegung des Kolbens der verbrennungsmotorpumpe die Geschwindigkeit des Rückführkolbens von einem Maximalwert bis auf Null einstellen, während die verbleibende Weglänge des RUckführkolbens ausreicht, um ihm auf diesen Wege die erforderliche kinetische Energie zu erteilen, durch welche der Brennstoff

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während dieses letzten Teiles des Kompressionshubes auf den gewünschten Kompressionsenddruck komprimiert werden muß.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführung] und

Figur 2 eine schematische Darstellung einer demgegenüber stark vereinfachten Ausführung, durch welche sich weitere Vorteile ergeben.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Zylinder 1 des Verbrennungsmotors ein plungerförmiger Motorkolben 2 frei hin und her bewegbar. Dieser Kolben 2 trägt am unteren Ende einen Kolben 3, welcher sich im Spülluft-Kompressorzylinder 4 hin und her bewegt. In der Spülluft-Ansaugleitung dieses Zylinders 4 ist in an sich bekannter Weise ein Ansaugventil 4a angeordnet, und vom Spülluft-Kompressorzylinder 4 führt die Spülluftleitung 5 zum Arbeitszylinder 1 des Verbrennungsmotors. Die Auspuffleitung dieses Verbrennungsmotors ist durch die Leitung 6 angedeutet. Mit dem Kolben 3 ist ein Plungerkolben 7 verbunden, welcher den Pumpenkolben in einem Pumpenzylinder 8 bildet und das zu fördernde Druckmedium von einem Behälter 9 über ein Rückschlagventil 10 ansaugt und über ein anderes Rückschlagventil 12 in einen hydraulischen Druckbehälter 11 pumpt. Seitens dieses Druckbehälters können hydraulische Einrichtungen wie beispielsweise ein Hydromotor angetrieben werden, wobei diese .Einrichtungen sowie die Rückstromleitungen für das Druckmedium nicht dargestellt sind.

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Der Plungerkolben 7 trägt am unteren Ende einen weiteren Plungerkolben 13, der in einem Zylinder 14 hin und her bewegbar ist und als RückfUhrkolben für den Kolben 3 des Spülluftkompressors und dadurch auch des Arbeitskolbens 2 des Verbrennungsmotors nach dessen Expansionshub dient. Das Druckmedium zur Bedienung des Plungerkolbens 13 wird einem Druckmittelbehälter 15 entnommen, welcher eine in der Figur nur schematisch angedeutete Druckmembrane l6 aufweist.

Die erfindungsgemäß die Frequenzreglung ermöglichende Einstelleinrichtung ist in der Verbindungsleitung 17 zwischen dem Druckbehälter 15 und dem Außenende des Rückführzylinders 14 ausgebildet und besteht aus einem einstellbaren Schieber 18, der infolgedessen auch als FrequenzregeIschieber bezeichnet werden kann. Eine Regelung wäre nun in der Weise denkbar, daß dieser Schieber 18 während des Expansionshubes des Kolbens 2 geöffnet wird, sodaß der Rückführkolben 13 das Druckmedium aus dem Zylinder 14 in den Druckbehälter 15 presst, daß im Anschluß daran während des Beginns des Rückführhubes der Schieber etwas geschlossen wird, um die Zeitspanne für den ersten Teil des Rückführhubes bezw. des Kompressionshubes des Kolbens «3 einzustellen, und daß der Schieber im Anschluß daran wieder voll geöffnet wird, um dem Kolben 2 die für das Ende seines Kompressionshubes erforderliche kinetische Energie zu übermitteln. Bei dem dargestellten AusfUhrungsbelspiel ist dies jedoch stark vereinfacht, indem vom Druckbehälter 15 aus eine Hauptleitung zum RUckführzylinder 14 ausgebildet ist und in einer Einlaßöffnung 20 in diesen Zylinder 14 einmündet. Diese öffnung 20 wird während der ersten Wegstrecke des Kompressionshubes vom Plungerkolben 13 verschlossen und erst im Anschluß daran von

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ihm freigegeben, sodaß erst dann der volle Druck des im Druckbehälter 15 befindlichen Druckmediums den Kolben 13 und damit den Arbeitskolben 2 des Verbrennungsmotors beaufschlagen kann. Der Frequenzregelschieber 18 bestimmt infolgedessen den Antrieb des JRückführkolbens 13 während des ersten Teiles des Kompressionshubes, bevor die Zuflußöffnung 20 freigegeben wird. Dieser erste Teil des vom Kolben zurückzulegenden Weges vom Pufferstand aus ist in Figur 1 durch das Bezugszeichen e dargestellt.

Um zu vermeiden, daß man während des Expansionshubes den Regelschieber 18 doch wieder öffnen muß, um das Druckmedium ohne zu großen Widerstand in den Druckbehälter 15 zurückzufordern, nachdem der Plungerkolben die Öffnung 20 verschlossen hat, ist an der Druckseite des Rückführkolbens 13* d.h. am Außenende des Zylinders l4, außerdem noch eine Auslaßleitung 21 mit einem Rückschlagventil 21a zum Druckmittelbehälter 15 vorgesehen.

Durch die auf diese Weise erzielbare einfache Regelmöglichkeit der Hubzahl pro Zeiteinheit der Verbrennungsmotorpumpe wird niemals mehr Druckmittel gefürdert als benötigt wird, sodaß der Wirkungsgrad über den gesamten Leistungsbereich unbedingt konstant bleibt.

Die in ihren Grundzügen anhand der Figur 1 erläuterte Erfindung lässt sich wesentlich vereinfachen, wie dies anhand der in Figur 2 dargestellten Ausführung erläutert werden soll.

Bei dieser Ausführung sind die Zylinder 8 und 14 der Figur 1 zu einem Hilfszylinder 24 mit einem Plungerkolben 25 zusammen-

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gefasst, welcher sowohl den Rückführkolben wie den Pumpenkolben bildet. Auch bei dieser Ausbildung sind die Verbindungsleitung 17 mit dem Regelschieber l8 aus Figur 1 sowie die Hauptverbindungsleitung 19 für die Rückführung des Plungerkolbens 25 vorgesehen. Es ist jedoch in der Verbindungsleitung 17 ein Rückschlagventil 26a und in der Hauptleitung 19 ein Rückschlagventil 26 vorgesehen, wodurch verhindert wird, daß während des Expansionshubes des Kolbens 2, d.h. also während des Pumphubes des Plungerkolbens 25 das Druckmittel über die Leitungen 19 und 17 in den Druckbehälter 22 zurückgedrückt werden kann. In den Rückführ- bezw. Pumpenzylinder 24 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Auslaßleitung 21 mit einem Rückschlagventil 21a angeschlossen, welche zu einem Druckbehälter 23 führt, in den infolgedessen das während des Kompressionshubes aus dem Behälter 22 in den Zylinder 24 geförderte Druckmittel gepumpt wird. Das Druckmittel treibt von diesem Druckbehälter 2j5 aus die anzutreibende Einrichtung an, von welcher das Druckmittel über eine nicht dargestellte Rückstromleitung dem Druckbehälter 22 wieder zufließt. Normalerweise muß daher der Druck im Druckbehälter 23 ständig höher sein als der Druck im Druckbehälter 22.

Die erfindungsgemäße vorstehend beschriebene Ausführung bietet jedoch auch gewisse Vorteile beim Starten und Anhalten der Anlage. Bei den bisher üblichen Motorkompressoren lässt sich die Maschine dadurch anhalten, daß die Brennstoffzufuhr unterbunden oder die Verbindung mit dem Rückstrorabehälter unterbrochen wird. Dabei kann der Kolben der Maschine an irgendeiner Stelle zum Stillstand kommen. Meistens muß infolgedessen der Kolben von Hand in die Ausgangsposition gedrückt werden, bevor

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mittels einer besonderen Starteinrichtung die Maschine angelassen werden kann. Durch die erfindungsgemäße Verbrennungsmotorpumpe ist das Startverfahren sehr einfach, da die Maschine durch Schließen des Regelschiebers 18 stets in derselben Endlage angehalten wird, aus welcher sie durch erneutes Öffnen des Regelschiebers wieder gestartet werden kann.

Die den Zufluß des Druckmediums einstellende Einrichtung lässt sich jedoch auch ohne Veränderung des Grundprinzips der Erfindung abwandeln, indem beispielsweise das Druckmittel nach beendetem Expansionshub erst nach Ablauf einer regelbaren Zeitspanne zugeführt wird. Andererseits kann man auch in einer Überlaufleitung, welche die Zylinderräume vor und hinter dem Rückführkolben miteinander verbindet, einen Regelschieber einsetzen, wobei der Hauptzufluß des Druckmediums für die Rückführung des Kolbens ständig geöffnet ist, dieser Druckanstieg jedoch nur wirksam werden kann, wenn der Gegendruck auf den Kolben mit Hilfe des genannten Regelschiebers aufgehoben wird. In diesem Falle sollte die Kolbeηoberfläche an der "Hinterseite" des Kolbens kleiner sein als die an der "Vorderseite".

Ansprüche t

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Claims

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Ansprüche .

ι Iy Verbrennungsmotorpumpe, bei welcher der Kompressionshub mit Hilfe eines Druckmediums erfolgt, welches von «inem Druckbehälter aus in den Zylinder eines mit dem Arbeitskolben verbundenen RÜckführkolbens einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine den Zufluß des Druckmediums zum Zylinder (l4, 24) des RÜckführkolbens (13* 25) zu Beginn des Hubes dieses Kolbens einstellende Einrichtung als Frequenzregler aufweist.

2. Verbrennungsmotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Druckbehälter (15* 22) zum an der Druckseite des RÜckführkolbens (13, 25) gelegenen Außenende des RückführZylinders (l4, 24) eine Leitung (17) mit einem regelbaren Durchlaß (18) sowie eine während des Rückführhubes des Kolbens an den Druckraum des Zylinders anschließbare Hauptleitung (19) vorgesehen ist.

3. Verbrennungsmotorpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung (20) der Hauptleitung (19) in den Rückführzylinder (14, 24) durch den plungerförmigen Rückführkolben (13, 25) steuerbar ist.

4. Verbrennungsmotorpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem an der Druckseite des RÜckführkolbens (25) gelegenen Ende des Rückführzylinders (24) außerdem eine zu einem Druckbehälter (23) führende Auslaßleitung (21) mit einem Rückschlagventil (21a) angeschlossen ist.

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Verbrennungsmotorpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführzylinder (24) zugleich den Pumpenzylinder und der damit über die Auslaßleitung (21) und das Rückschlagventil (21a) verbundene Druckbehälter (23) den Pumpendruckbehälter für den Antrieb der anzutreibenden Einrichtung bildet und von letzterer eine Druckmittel-Abflußleitung zum über die ein Rückschlagventil (26) aufweisende Hauptleitung (19) mit dem Rückführ zylinder (24) verbundenen Druckbehälter (22) führt.

6. verbrennungsmotorpumpe nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (17) außer dem regelbaren Durchlaß (18) ein Rückschlagventil (26a) aufweist.

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke.

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