DE2016507A1

DE2016507A1 - Kolbenbrennkraftmaschine mit hydrostatischem Triebwerk

Info

Publication number: DE2016507A1
Application number: DE19702016507
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Winterthur; Steiger Anton Illnau; Kilchenmann (Schweiz). P
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1970-04-02
Filing date: 1970-04-07
Publication date: 1971-10-21
Also published as: ES389284A1; GB1281797A; NL147834B; DE2016507B2; JPS5025962B1; FR2092581A5; DE2016507C3; NL7005614A; CH522126A

Description

■ P.4434

Gebrüder Su Iz e r Aktiengesellschaft» -Winterthur/Schweiz

Kolbenbrennkraftmaschine mit hydrostatischem Triebwerk

. Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine mit hydrostatischem Triebwerk, bei welcher ein Arbeitskolben mit einem hydraulischen Kolben verbunden ist, welcher in einem hydraulischen Zylinder beweglich ist, der ein Teil eines hydraulischen Druckmittelsystems zum Antrieb eines hydrauli- \ sehen Motors ist.

Es sind Kolbenbrennkraftmaschinen dieser Art bekannt, bei welchen die Uebertragung der Leistung von den Arbeitskolben auf eine Welle durch ein hydraulisches Druckmittelsystem erfolgt. Bei allen diesen Maschinen besteht eine Schwierigkeit mit der Einhaltung eines Sollhubes des Kolbens der-Kolbenbrennkraftmaschine mit genau definierten Endstellungen, d.h. einem oberen und einem unteren Totpunkt sowie der richtigen gegenseitigen Stellung des hydraulischen Kolbens und eines Kolbens des hydraulischen Motors im Betrieb. Diese Schwierigkeiten sind hauptsächlich dadurch verursacht, dass sich durch unvermeidliche Undichtheiten das Volumen des im"System befindlichen hydrau-

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lischen Mittels verändert. Es ist daher eine Nachspeisung durch eine Speisevorrichtung erforderlich, welche genau dosiert werden muss, damit die Menge des im Druckini ttelsys tem befindlichen hydraulischen Mittels andererseits nicht zu gross wird. In der Regel sind diese Probleme bei den bekannten Maschinen nicht ohne komplizierte elektrische und mechanische Regelvorrichtungen lösbar.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenbrennkraftmaschine dieser Art zum Ziel, bei welcher die Beeinflussung der im hydraulischen DruckmittelsysteE befindlichen Menge des Druckmittels mit einfachen Mitteln erfolgt und sich besondere äussere Steuerungen zur Einhaltung der gegenseitigen Betriebsstellung des hydraulischen Kolbens sowie des Kolbens des hydraulischen l'iotors erübrigen.

Die erfindungsgemässe Maschine, durch welche dieses . Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass dem hydraulischen Kolben hydraulische Steuerorgane zugeordnet sind, welche beim Uebersehreiten einer Sollstellung des unteren Totpunktes des Kolbens eine Zufuhr von hydraulischem Druckmittel aus einer Druckmittelquelle in das System solange freigeben und beim Ueberschreiten einer Sollstellung des oberen Totpunktes solange Druckmittel aus dem System abströmen lassen, bis die Sollstellung wieder erreicht ist.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung scheniatisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

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Es zeigt:

Fig.V einen Schnitt einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine mit etwas unterhalb des unteren - Totpunktes befindlichem Kolben,

Fig.2 einen der Fig.1 entsprechenden Schnitt, wobei sich jedoch der Arbeitskolben um ein geringes Mass über seinem oberen Totpunkt, befindet,

Fig.3 einen Schnitt einer anderen Ausführung der Maschine,mit etwas unterhalb des unteren Totpunktes befindlichem Kolben,

Fig.4 den Schnitt IV - IV aus der Fig.3 einer möglichen Ausführung,

Fig.5 den Schnitt IV - IV aus der Fig.3 einer anderen. Ausführung und

Fig.6 einen axialen Schnitt einer weiteren Ausführung der Kolbenbrennkraftmaschine mit weggelassenem hydraulischem Motor.

Die in der Fig.1 dargestellte Kolbenbrennkraftmaschine ist eine Dieselmaschine mit einem Zylinder 1, der ein Einspritzventil 2 für flüssigen Brennstoff sowie Steuerkanäle 3 und 4 für Abgase bzw. Luft aufweist. Im Zylinder 1 ist ein Arbeitskolben 5 laeweglich, der mit einem hydraulischen Kolben 6 verbunden ist, welcher in einem Zylinder 7 beweglich ist. Der Zylinder 7 steht durch eine Leitung 8 mit einem hydraulischen,

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Kolbenmotor 10 in Verbindung, welcher entsprechend der schematischen Darstellung einen Zylinder 11, einen Kolben 12 und eine Lxzenterwelle 13 aufweist. Die Zylinder 7 und 11 bilden zusammen mit der Leitung 8 ein hydraulisches Druckmittelsystem zur Kraftübertragung vom Kolben 6 auf den Kolben 12.

Der hydraulische Zylinder 7 des Kolbens 6 ist mit einem ringförmigen Steuerkanal 14 für die Zufuhr von Druckmittel und P einem ebenfalls ringförmigen Steuerkanal 15 für die Ableitung von überschüssigem Druckmittel versehen. Der Kanal 14 ist an eine Speisevorrichtung 16 angeschlossen, die eine Pumpe 17 mit einem Ueberströmventil 18 aufweist und hydraulisches Druckmittel, z.B. ein dünnflüssiges OeI, aus· einem nicht dargestellten Behälter über eine Leitung 19 dem Kanal 14 zuführt. Der Kanal 15 und das untere Ende des Zylinders 1 sind an eine Abflussleitung 20 angeschlossen, die in den nicht dargestellten Behälter des hydraulischen Mittels führen kann.

f Der hydraulische Kolben 6 ist mit einem ringförmigen

Kanal 21 versehen, welcher mit einer inneren Bohrung 22 des Kolbens 6 verbunden ist. Die Bohrung 22 führt durch die Stirnfläche des Kolbens 6 nach aussen in den Zylinderraum des Zylinders 7. In der Bohrung 22 befindet sich ein Rückschlagventil 23 sowie eine Drosselstelle 24.

Der Kanal 14 im Zylinder 7 und der Kanal 21 im Kolben 6 bestimmen mit ihren Kanten den unteren Totpunkt des Kolbens Der Kanal 15 bestimmt mit der unteren Kante des Kolbens 6 den

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oberen Totpunkt des Kolbens (siehe Fig.2). Im normalen Betrieb sollte der hydraulische Kolben 6 mit dem Kanal 21 gerade so tief kommen, dass keine oder nur eine geringe Verbindung mit dem Kanal 14 entsteht. Sobald jedoch durch Leckverluste an hydraulischem Druckmittel der Kolben unter diese Stellung sinkt, z.B. um das in der Fig.1 dargestellte Mass Su, so führt/ dies zu einer Nachspeisung durch die Speisevorrichtung 16. Das nachgespeiste Druckmittel strömt dabei durch die Bohrung 22 in das hydraulische System hinein. Die Nachspeisung wird so lange fortgesetzt, bis der Kolben 6 und mit ihm der Kolben 5 so hoch steigt, dass auch -während der Zeiträume, wo sich die beiden Kolben im unteren Totpunkt befinden, keine Verbindung mehr zwischen den Kanälen 14 und 21 entsteht. >

Der Kanal 15 dient der Bestimmung der Sollstellung des oberen Totpunktes der Kolben 5 und 6. Normalerweise sind die Hübe der Kolben 6 und 12 sowie das im System eingeschlossene Volumen des hydraulischen Druckmittels so bemessen, dass der Kolben 6 mit seiner unteren Kante gerade die untere Kante des Kanales 15 erreicht, ohne ihn freizugeben. Wenn aus irgendeinem Grunde der Kolben 6 über diese Stellung im oberen Totpunkt hinausgelangt (Mass So in Fig.2), z.B. durch eine Ueberfüllung des Systems durch eine Leckströmung zwischen den Kanälen 14 und 21 im unteren Totpunkt, öffnet er dadurch eine Verbindung aus dem System in die Abflussleitung 20, durch welche das überschüssige Druckmittel, eventuell während mehrerer nachein-

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ander folgender Hübe, so lange ausströmt, bis sich die oberste Stellung des Kolbens 6 so senkt, dass seine Kante die untere Kante des Kanals 15 nicht mehr überschreitet. Das in der Fig.2 eingetragene Mass So vermindert sich dadurch auf Null.

Die Drosselstelle 24 im Kolben 6 hat die Aufgabe, bei klemmendem Ventil 23 die Strömung des Druckmittels aus dem System 7, 8, 11 auf eine Menge zu begrenzen, die durch die Speisevorrichtung nachgeliefert werden kann.

Die in axialer Richtung des Kolbens gemessene Höhe des Kanales 14 muss so gross sein, dass auch bei der tiefsten mechanisch möglichen Stellung des Kolbens 6 eine Verbindung zwischen den Kanälen 14 und 21 besteht. Dadurch wird eine Nachspeisung bzw. Füllung des Druckmittelsystems ermöglicht, wenn z.B. nach einem längeren Stillstand der Maschine hydraulisches Mittel entwichen ist, oder venn das System nach einer Montage gefüllt werden soll. Gleichzeitig muss der Abstand zwischen den unteren Kanten der Kanäle 14 und 15 so gewählt sein, dass auch bei der höchsten mechanisch möglichen Stellung der Kolben 5, 6 der Kanal 21 vom Kolben 6 nicht freigelegt wird und daher keine direkte Verbindung dieser Kanäle entsteht.

Die erfindungsgemässe Ausbildung nach den Fig.1 und 2 gestattet eine selbsttätige Nachspeisung von fehlendem oder Ableitung von überschüssigem Druckmittel. Es sind dabei keine äusseren Steuerorgane erforderlich. Falls z.B. nach lagern Stillstand der Maschine eine grosse Veränderung des Im System

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eingeschlossenen Volumen .des hydraulischen Druckmittels eintreten sollte, genügt es, den hydraulischen Motor 10 ein einziges Mal langsam durchzudrehen, damit sich die richtige Menge des hydraulischen Druckmittels 'und damit die richtige gegenseitige Betriebsstellung der Kolben 6 und 12 selbsttätig einstellt. Es ist nämlich bei längerem Stillstand möglich, dass z.B. das Druckmittel aus dem System durch Undichtheiten entweicht. Andererseits könnte es vorkommen, dass bei im Stillstand der Kaschine eingeschalteter Speisevorrichtung durch Leckströcmng der Kolben 6 mit dem Kolben 5 in eine, zu hohe Stellung steigt. Falls das Rückschlagventil 23 undicht -werden sollte, so sorgt die Drosselöffnung 24 dafür, dass der Kolbenhub mittels maximaler Nachspeisung gehalten «erden kann.

In der Fig.3 ist eine gegenüber den Fig.1 und 2 abge- \ änderte Ausführung der erfindungsgemässen Maschine dargestellt. Die gleichen Teile wurden dabei mit gleichen Eezugszeichen versehen. Die Ausführung nach der Fig.3 unterscheidet sich von der Ausführung nach den Fig.1 und 2 dadurch, dass der Kanal 14 durch zwei radiale, an diametral entgegengesetzten Stellen in der Zylinderwand des Zylinders 7 ausgebildete Bohrungen oder Schlitze 30, 31 mit genügender axialer Höhe ersetzt ist. Im Kolben 6 fehlt die Bohrung 22 mit dem Rückschlagventil

Die Bohrung 30 Ist in der gleichen Weise wie vorher der Kanal 14 an die Speiseleitung 19 angeschlossen. An die Bohrung 31 ist eine Leitung 32 angeschlossen, welche in die

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Leitung 8 führt.

Wenn bei dieser Ausführung der Kolben 6 unter die Sollstellung des unteren Totpunktes sinkt, die durch die oberen Kanten der Bohrungen 30 und 31 bestimmt ist, entsteht eine Strömung des hydraulischen Druckmittels aus der Speiseleitung 19 durch die Bohrung 30, den Kanal 21, die Bohrung 31 und die Leitung 32 in die Leitung 8 und somit in das hydraulische ψ System. Diese Ausführung wirkt somit gleich wie die nach den Fig.1 und 2. Sie hat jedoch den Vorteil, dass das bei dieser Ausführung vorgesehene Rückschlagventil 23 entfallen kann.

Um bei der Ausführung nach der Fig.3 den schädlichen Einfluss unsymmetrischer hydraulischer Drücke auf den Kolben 6 zu vermeiden, kann eine Anordnung der Bohrungen bzw. Schlitze 30 und 31 im Zylinder 7 nach der Fig.5 gewählt werden. Entsprechend dieser Figur sind beide Bohrungen bzw. Schlitze 30, 31 doppelt ausgeführt, wobei sich die miteinander verbundenen Bohrungen diametral gegeneinander befinden. Auf diese Weise .werden die im Bereich der Bohrungen wirkenden hydraulischen Drücke gegenseitig aufgehoben.

Bei der Ausführung nach der Fig.6 ist mit dem Kolben ein hydraulischer Kolben 60 verbunden, welcher keinen Einschnitt nach der Art des Kanales 21 hat. Das bringt besondere Vorteile, wenn z.B.. der Zylinder mit einer Dichtung versehen werden muss, durch welche sich der Kolben bewegt. Der Kolben 60 ist in einem Zylinder 61 beweglich, welcher durch eine Leitung 62 mit dem

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in diesem Falle nicht dargestellten Motor verbunden ist. Die Leitung 62 entspricht somit der Leitung 8 der Ausführungen nach den Fig.1 - 3. Der Zylinder 61 ist mit einem Ventil 63 versehen, welcher durch eine Stange 64 gegen die Kraft einer Feder 65 betätigbar ist. Das Ventil 63 ist an die Speiseleitung 19 der Speisevorrichtung 16 angeschlossen und gestattet bei seiner Betätigung eine Nachspeisung des Druckmittels in das hydraulische System.

Die Betätigung des Ventiles 63 erfolgt durch den KoI-' ben 60, wenn dieser eine untere Sollstellung des Kolbens, die dem unteren Totpunkt entspricht, unterschreitet. Durch die Nachspeisung wird dann der Kolben 60 zusammen mit dem Kolben 5 so weit gehoben, dass im Betrieb der Kolben 60 die Stange 64 bei jedem Hub berührt, jedoch nicht das Ventil 63 öffnet. "

Die Leitung 19 ist mit einem Rückschlagventil 66 versehen, das eine Rückströmung des hydraulischen Druckmittels durch die Pumpe bei abgestellter Speisevorrichtung (16) verhindern soll.

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Claims

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Patentansprüche

.^Reihenbrennkraftmaschine mit hydrostatischem Triebwerk, bei welcher ein Arbeitskolben mit einem hydraulischen Kolben verbunden ist, welcher in einem hydraulischen Zylinder beweglich ist, der ein Teil eines hydraulischen Druckmittelsystems zum Antrieb eines hydraulischen Motors ist, dadurch P gekennzeichnet, dass dem hydraulischen Kolben (6, 60) hydraulische Steuerorgane zugeordnet sind, welche beim Ueberschreiten einer Sollstellung des unteren Totpunktes des Kolbens eine Zufuhr von hydraulischem Druckmittel aus einer Druckmittel· quelle (16) in das System (7, 8, 11; 61, 62) solange freigeben und beis Ueberschreiten einer Sollstellung des oberen Totpunktes solange Druckmittel aus dem System abströmen lassen, bis die Sollstellung wieder erreicht ist.
2. Haschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

} dass das Steuerorgan für den unteren Totpunkt einen im hydraulischen Kolben (6) ausgebildeten Kanal (21) enthält, welcher zur Zusammenwirkung mit mindestens einer Steueröffnung (14, 30, 31) im hydraulischen Zylinder bestimmt ist (Fig.1 - 5).
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Paar von in radialer Richtung entgegengesetzt im Zylinder angeordneten Steueröffnungen (30, 31) vorgesehen ist, wobei eine (30) der Steueröffnungen an die Druck-

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mittelquelle (16) und die andere über eine Leitung (32) an
das hydraulische Druckmittelsystem angeschlossen ist (Fig.3,5).
4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnung durch einen in der ZyJänderwand ausgebildeten ringförmigen Kanal (14) gebildet wird, welcher an die Druckmittelquelle angeschlossen ist (Fig.1 , 2).
5. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Kolben ausgebildete Kanal (21) durch eine im Kolben ausgebildete axiale Bohrung (22), in welcher sich ein
Rückschlagorgan (23) sowie eine Drosselstelle (24) befindet, mit einer dem Druckmittel dauernd ausgesetzten Fläche des
Kolbens (6) verbunden ist (Fig.1, 2). .
6» Maschine nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan für den unteren Totpunkt ein im Zylinder angeordnetes Ventil (63, 64) ist, welches bei einer Ueberschreitung der Sollstellung des unteren Totpunktes durch den Kolben (60) aufgestossen wird und damit eine Verbindung zwischen der Druckmittelquelle (16) und dem System herstellt
(Fig.6).
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan für den oberen Totpunkt eine im Zylinder (7, 61) ausgebildete, an eine Abströmleitung (20) angeschlossene Ringnut (15) enthält, welche mit einer

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Steuerkante des hydraulischen Kolbens (6, 60) zusammenwirkt und ein Abströmen des hydraulischen Druckmittels aus dem System gestattet, wenn der Kolben (6, 60) die durch die Ringnut (15) bestimmte Sollstellung des oberen Totpunktes überschreitet.

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