DE2016507C3 - Kolbenbrennkraftmaschine mit hydrostatischem Triebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschimit hydrostatischem Triebwerk, bei welcher ein Brennkraftmaschinenkolben n.it einem Pumpenkolben verbunden ist. weichet in einem Pumpenzylinder beweglich ist, der ein Teil des hydrostatischen Triebwerks zum Antrieb eines Druckflüssigkeitsmotors ist, wobei der Pumpenkolben Steuerorgane aufweist, welche bei einer Unterschreitung des inneren Totpunktes die Zufuhr von Druckflüssigkeit aus einer Speiseleitung in das Triebwerk und bei einer Überschreitung des äußeren Totpunktes die Ableitung von Druckflüssigkeit aus dem

ίο Triebwerk steuern.

Es sind Kolbenbrennkraftmaschinen dieser Art bekannt, bei welchen die Übertragung der Leistung von den Brennkraftmaschinenkolben 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 unleren Totpunkt sowie der richtigen gegenseitigen Stellung des Pumpenkolbens 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 hydraulischen Mittels verändert. Es ist daher eine

Nac'üspeisung durch eine Speisevorrichtung erforderlich, welche genau dosiert werden muß, damit die Menge des im Druckmittelsysiem befindlichen hydraulischen Mittels andererseits nicht zu groß wird. In der Regel sind diese Probleme bei den bekannten Maschi-

nen nicht ohne komplizierte elektrische und mechanische Regelvorrichtungen lösbar.

Eine derartige Maschine ist z. B. aus der DTPS 1 157 876 bekannt. Diese enthält komplizierte elektrische Fühl- und Steuervorrichtungen, welche für den robusten Betrieb einer Kolbenbrennkraftmaschine wenig geeignet sind. Eine Maschine mit komplizierten äußeren Steuerelementen ist z. B. aus der DT-AS 1 213 191 bekannt.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenbrennkraftmaschine der erwähnten Art zum Ziel, bei welcher die Beeinflussung der im hydraulischen Triebwerk befindlichen Menge der Druckflüssigkeit mit einfachen mechanischen bzw. hydraulischen Mitteln unter Vermeidung von elektrischen und besonderen außerhalb des Triebwerkes befindlichen äußeren Steuerungen erfolgt.

Die erfindungsgemäße Maschine, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dafi das Steuerorgan zur Bestimmung des inneren Totpunk· tes des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder ein durcl· den Pumpenkolben unmittelbar mechanisch betätigbares Abschlußorgan ist und daß das Steuerorgan zur Bc Stimmung des äußeren Totpunktes des Pumpenkolben; eine im Zylinder ausgebildete Umfangsnut ist, die ar eine Abflußleitung angeschlossen und zur Zusammen wirkung mit einer Steuerkante des Pumpenkolbens be stimmt ist.

In diesem Zusammenhang sind aus der GB-PS 418 165 und der DT-AS 1 177 449 hydraulische An triebsvorrichtungen bekannt, bei welchen eine Nachfül lung des hydraulischen Systems erfolgt, wenn sich dit Pumpenkolben der Vorrichtungen in einer Stellung be finden, welche dem äußeren Totpunkt des Pumpenkol bens der vorliegenden Maschine entspricht. Dabei sim die Pumpenkolben zusammen mit ihren Antriebskolbet gegen einen Anschlag angeschlagen, welcher den Tot punkt bestimmt.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeich

«ung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es ieigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Kolbenbrennkraftmaschine mit etwas innerhalb des inneren Totpunktes befindlichem Brennkraftmaschinen- > kolben,

F i g. 2 einen der F i g. 1 entsprechenden Längsschnitt, wobei sich jedoch der Brennkraftmaschinenkolben um ein geringes Maß außerhalb seines äußeren Totpunktes befindet,

F i g. 3 einen Längsschnitt einer anderen Ausführung der Maschine, mit etwas innerhalb des inneren Totpunktes befindlichem Brennkraftmaschinenkolben,

Fig. 4 den Schnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 3 einer möglichen Ausführung,

Fig. 5 den Schnitt längs der Linie 1V-1V in F i g. 3 einer anderen Ausführung und

F i g. 6 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführung der Kolbenhrennkraftmaschine mit weggelassenem Druckflüssigkeitsmotor.

Die in der F i g. 1 dargestellte Kolbenbrennkraftmaschine ist eine Dieselmaschine mit einem Brennkraftmaschinenzylinder I, der ein Einspritzventil 2 für flüssigen Brennstoff sowie Steuerkanäle 3 und 4 für Abgase bzw. Luft aufweist. Im Brennkraftmaschinenzylinder 1 z_S ist ein Brennkraftmaschinenkolben 5 beweglich, der mit einem Pumpenkolben 6 verbunden ist, welcher in einem Pumpenzylinder 7 beweglich ist. Der Pumpenzylinder 7 steht durch eine Leitung 8 mit einem Druckflüssigkeitsmotor 10 in Verbindung, welcher einen Motorzylinder II. einen Motorkolben 12 und eine Exzenterwelle 13 aufweist. Der Pumpenzylinder 7 und der Motorzylinder Il bilden zusammen mit der Leitung 8 ein hydraulisches Triebwerk /ur Kraftübertragung vom Pumpenkolben 6 auf den Motorkolben 12.

Der Pumpenzylinder 7 ist mit einem ringförmigen kanal 14 fur die Zufuhr von Druckflüssigkeit und einer ebenfalls ringförmigen Umfangsnut 15 für die Ableitung von überschüssiger Druckflüssigkeit versehen. Der Kanal 14 ist an eine Speisevorrichtung 16 angeschlossen, die eine Pumpe 17 mit einem Überströmventil 18 aufweist und Druckflüssigkeit, ζ. B. ein dünnflüssiges Öl. aus einem nicht dargestellten Behälter über eine Speiseleitung 19 dem Kanal 14 ?,ufühn. Die Umfangsnut 15 und das untere Ende des Brennkraftmaschinen-Zylinders I sind an eine Abflußleitung 20 angeschlossen, die in den nicht dargestellten Behälter für die Druckflüssigkeit führen kann.

Der Pumpenkolben 6 ist mit einer ringförmigen Nut 21 versehen, welche mit einer inneren 3ohrung 22 des 5« Pumpenkolbens 6 verbunden ist. Die Bohrung 22 führt durch die Stirnfläche des Pumpenkolbens 6 nach außen in den Zylinderraum des Pumpenzylinder 7. In der Bohrung 22 befindet sich ein Rückschlagventil 23 sowie eine Drosselöffnung 24.

Der Kanal 14 im Pumpenzylinder 7 und die Nut 21 im Pumpenkolben 6 bestimmen mit ihren Kanten den inneren Totpunkt des Brennkrafimaschincnkolbens 5. Die Umfangsnut 15 bestimmt mit der inneren Kante des Pumpenkolbens 6 den äußeren Totpunkt des Pum- fto penkolbens 6 (s. F i g. 2). Im normalen Betrieb sollte der Pumpenkolben 6 mit der Nut 21 gerade so tief kommen, daß keine ocicr nur eine geringe Verbindung mil dem Kanal 14 entsteht. Sobald jedoch durch Leckverluste an Druckflüssigkeit der Pumpenkolben 6 unter die- '■* se Stellung sinkt, z. B. um das in der F i g. I dargestellte Maß Su, so führt dies zu einer Nachspeisung durch die Speisevorrichtung 16. Die nachgespeiste Druckflüssigkeit strömt dabei durch die Bohrung 22 in das hydraulische Triebwerk hinein. Die Nachspeisung wird so lange fortgesetzt, bis der Pumpenkolben 6 und mit ihm der Brennkraftmaschinenkolben 5 so hoch steigen, daß auch während der Zeiträume, in denen sich die beiden Kolben im inneren Totpunkt befinden, keine Verbindung mehr zwischen dem Kanal 14 und der Nut 21 entsteht.

Die Umfangsnut 15 dient der Bestimmung der Sollstellung des äußeren Totpunktes des Brennkraftmaschinenkolbens 5 und des Pumpenkolbens 6. Im allgemeinen sind die Hübe des Pumpenkolbens 6 und des Moiorkolbens 12 sowie das im Triebwerk eingeschlossene Volumen der Druckflüssigkeit so bemessen, daß der Pumpenkolben 6 mit seiner inneren Kante gerade die innere Kante der Umfangsnut 15 erreicht, ohne sie freizugeben. Wenn aus irgendeinem Grunde der Pumpenkolben 6 über diese Stellung im äußeren Totpunkt hinausgelangt (Maß So in F i g. 2), z.B. durch eine Überfüllung des Triebwerks durch eine Leckströmung zwischen dem Kanal 14 und der Nut 21 im inneren Totpunkt, öffnet er dadurch eine Verbindung aus dem Triebwerk in die Abflußleitung 20, durch welche dit überschüssige Druckflüssigkeit, eventuell während mehrerer nacheinander folgender Hübe, so lange ausströmt, bis sich die äußerste Stellung des Pumpenkolbens 6 so senkt, daß seine Kante die untere Kante dei Umfangsnut 15 nicht mehr überschreitet. Das in dei F i g. 2 eingetragene Maß .Vo vermindert sich dadurch auf Null.

Die Drosselstelle 24 im Pumpenkolben 6 hat die Aul gäbe, bei klemmendem Rückschlagventil 23 die Stm mung der Druckflüssigkeit aus dem 1 riebwerk auf ein«. Menge zu begrenzen, die durch die Speisevorrichtung 16 nachgeliefert werden kann.

Die in axialer Richtung des Pumpenkolbens 6 gemes Serie Höhe des Kanals 14 muli so groß scm, daß aucl bei der innersten mechanisch möglichen Stellung de; Pumpenkolbens 6 eine Verbindung zwischen dem Ka ral 14 und der Nut 21 besteht. Dadurch wird eine Nach speisung bzw. Füllung des Triebwerks ermöglicht wenn z. B. nach einem längeren Stillstand der Maschin* Druckflüssigkeit entwichen ist, oder wenn das Trieb werk nach dem Zusammenbau gefüllt werden soll Gleichzeitig muß der Abstand /wischen den innerer Kanten des Kanals 14 und der Umfangsnut 15 so ge wählt sein, daß auch bei der äußersten mechanisch möglichen Stellung des Brennkraftmaschinenkolbens .' und des Pumpenkolbens 6 die Abflußleitung 21 von Pumpenkolben 6 nicht freigelegt wird und daher keim direkte Verbindung dieser Räume entsteht.

Die erfindungsgemäße Ausbildung nach den F-" i g. und 2 gestattet eine selbsttätige Nachspeisung von feh lender oder Ableitung von überschüssiger Druckflüs sigkeit. Es sind dabei keine äußeren Steuerorgane er forderlich. Falls z. B. nach langem Stillsland der Ma schine eine große Veränderung des im Triebwerk ein geschlossenen Volumens der Druckflüssigkeit eintretci sollte, genügt es, den Druckliüssigkeiismotor 10 ein ein ziges Mal langsam durchzudrehen, damit sich die richti ge Menge der Druckflüssigkeit und damit die richtig· gegenseitige Beiriebsstellung des Pumpenkolbens 1 und des Motorkolbens 12 selbsttätig einstellt. Es is nämlich bei längerem Stillstand möglich, daß /.. B. di Druckflüssigkeil aus dem Triebwerk durch Undichthei ten entweicht. Andererseits könnte es vorkommen, dal bei im Stillstand der Maschine eingeschalteter Speise vorrichtung 16 durch Leckströmung der Pumpenkolbei

6 mit dem Brennkraftmaschinenkolben 5 in eine zu weit außenliegende Stellung steigt. Falls das Rückschlagventil 23 undicht werden sollte, so sorgt die Drosselöffnung 24 dafür, daß der Kolbenhub mittels maximaler Nachspeisung gehalten werden kann.

' Bei der Ausführung nach F i g. 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführung nach der F i g. 3 unterscheidet sich von der Ausführung nach den F i g. 1 und 2 dadurch, daß der Kanal 14 durch zwei radiale, an diametral entgegengesetzten Stellen in der Zylinderwand des Pumpenzylinders 7 ausgebildete Steueröffnungen 30, 31 mit genügender axialer Höhe ersetzt ist. Im Pumpenkolben 6 fehlt die Bohrung 22 mit dem Rückschlagventil 23.

Die Steueröffnung 30 ist in der gleichen Weise wie vorher der Kanal 14 an die Speiseleitung 19 angeschlossen. An die Steueröffnung 31 ist eine Leitung 32 angeschlossen, welche in die Leitung 8 führt.

Wenn bei dieser Ausführung der Pumpenkolben 6 innerhalb der Sollstellung des inneren Totpunktes sinkt, die durch die äußeren Kanten der Steueröffnungen 30, 31 bestimmt ist, entsteht eine Strömung der Druckflüssigkeit aus der Speiseleitung 19 durch die Steueröffnung 30, die Nut 21, die Steueröffnung 31 und die Leitung 32 in die Leitung 8 und somit in das Triebwerk. Diese Ausführung wirkt somit gleich wie die nach den F i g. 1 und 2. Sie hat jedoch den Vorteil, daß das bei dieser Ausführung vorgesehene Rückschlagventil 23 entfallen kann.

Um bei der Ausführung nach der F i g. 3 den schädlichen Einfluß unsymmetrischer hydraulischer Drücke auf den Pumpenkolben 6 zu vermeiden, kann eine Anordnung der Steueröffnungen 30, 31 im Pumpenzylinder 7 nach der F i g. 5 gewählt werden. Entsprechend dieser Figur sind beide Steueröffnungen 30, 31 doppelt ausgeführt, wobei sich die miteinander verbundenen Steueröffnungen 30, 31 diametral gegenüber befinden. Auf diese Weise werden die im Bereich der Steueröffnungen 30, 31 wirkenden hydraulischen Drücke gegenseitig aufgehoben.

Bei der Ausführung nach der F i g. 6 ist mit dem Brennkraftmaschinenkolben 5 ein Pumpenkolben 60 verbunden, welcher keinen Einschnitt nach der Art der Nut 21 hat. Das bringt besondere Vorteile, wenn z. B.

ίο der Pumpenzylinder mit einer Dichtung versehen werden muß, durch welche sich der Pumpenkolben bewegt. Der Pumpenkolben 60 ist in einem Pumpenzylinder 61 beweglich, welcher durch eine Leitung 62 mit dem in diesem Falle nicht dargestellten Druckflüssigkeitsmotor verbunden ist. Die Leitung 62 entspricht somit der Leitung 8 der Ausführungen nach den F i g. 1 bis 3. Der Pumpenzylinder 61 ist mit einem Ventil 63 versehen, welches 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 der Druckflüssigkeit in das Triebwerk.

Die Betätigung des Ventils 63 erfolgt durch der Pumpenkolben 60, wenn dieser eine innere Sollstellung die dem inneren Totpunkt entspricht, unterschreitet Durch die Nachspeisung wird dann der Pumpenkolber 60 zusammen mit dem Brennkraftmaschinenkolben f so weit gehoben, daß im Betrieb der Pumpenkolben 6C die Stange 64 bei jedem Hub berührt, jedoch nicht da; Ventil 63 öffnet.

Die Speiseleitung 19 ist mit einem Rückschlagventi 66 versehen, das eine Rückströmung der Druckflüssig keit durch die Pumpe bei abgestellter Speisevorrich tung 16 verhindern soll.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit hydrostatischem Triebwerk, bei welcher ein Brennkrafimaschinenkolben mit einem Pumpenkolben verbunden ist, welcher in einem Pumpenzylinder beweglich ist, der ein Teil des hydrostatischen Triebwerks zum Antrieb eines Druckflüssigkeitsmctors ist, wobei der Pumpenkolben Steuerorgane aufweist, welche bei einer Unterschreitung des inneren Totpunktes die Zufuhr von Druckflüssigkeit aus einer Speiseleitung in das Triebwerk und bei einpr Überschreitung des äußeren Totpunktes die Ableitung von Druckflüssigkeit aus dem Triebwerk steuern, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan zur Bestimmung des inneren Totpunktes des Pumpenkolbens (6, 60) im Pumpenzylinder (7, 61) ein durch <ien Pumpenkolben (6, 60) unmittelbar mechanisch betätigbares Abschlußorgan (Teile 14, 21, 22, 30, 31, 63,64) ist und daß das Steuerorgan zur Bestimmung des äußeren Totpunktes des Pumpenkoibens (6. 60) eine im Pumpenzylinder (7, 61) ausgebildete Umlangsnut (15) ist, die an eine Abflußleitung (20) angeschlossen und zur Zusammenwirkung mit einer Steuerkante des Pumpenkolbens (6, 60) bestimmt ist.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußorgan mindestens eine in der Zylinderwand ausgebildete Steueröffnung enthält, die an die Speiseleitung (19) engeschlossen und zur Zusammenwirkung mit einer Steuerkante des Pumpenkolbens (6) bestimmt ist. welche durch eine im Pumpenkolben (6) ausgebildete Nut (21) gebildet wird.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnung durch einen in der Wand des Pumpenzylinder (7) ausgebildeten ringförmigen Kanal (14) gebildet tvird und daß der Pumpenkolben (6) mit einer axialen Bohrung (22) versehen ist, welche die Nut (21) mit der Stirnfläche des Pumpenkolbens (6) verbindet und mit einem in der Richtung zur Stirnfläche des Pumpenkolbens (6) öffnenden Rückschlagventil (23) versehen ist.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Höhe der Steueröffnung (30) eine zweite Steueröffnung (31) angeordnet ist, die durch eine Leitung (32) mit dem Zylinderraum des Pumpenzylinders (7) in Verbindung steht und durch die Nut (21) des Pumpenkolbens (6) mit der ersten Steueröffnung (30) verbindbar ist, derart, daß eine Strömung der Druckflüssigkeit aus der Speiseleitung (19) in den Zylinderraum entsteht.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußorgan ein durch den Pumpenkolben (60) betätigbares Ventil (63) ist, welches bei einer Überschreitung der Sollstellung des unteren Totpunktes durch den Pumpenkolben (60) aufgestoßen wird und damit eine Verbindung zwischen der Speiseleitung (19) und dem Triebwerk herstellt.