DE2049480C3 - Antrie bseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung, bestehend aus einer Freikolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder und wenigstens einem darin hin- und hergehenden Brennkraftmaschinenkolben, einer hydraulischen Kolbenpumpe, deren Pumpenkolben mit dem Brennkraftmaschinenkolben verbunden ist, einem Flüssigkeitsbehälter für die Zufuhr von Flüssigkeit in die Kolbenpumpe und einem mit der Kolbenpumpe verbundenen Flüssigkeitsmotor sowie einer Einrichtung zur Steuerung der Fördermenge der Kolbenpumpe.

Eine Antriebseinrichtung der beschriebenen Gattung ist bekannt (vgl. FR-PS 1 346 877). Bei der bekannten Ausführungsform besteht die Einrichtung zur Steuerung der Fördermenge der Pumpe im wesentlichen aus einem im Pumpenzylinder axial beweglichen und von außen steuerbaren Hohlzylinder, in dem der Pumpenkolben arbeitet und durch dessen Verstellung eine Steuerung der Fördermenge der Kolbenpumpe erreichbar ist. Diese Ausführungsform ist in konstruktiver Hinsicht aufwendig und in funktioneller Hinsicht nicht sehr zuverlässig, weil der Pumpenkolben gleichsam in mehreren ineinandergeschachtelten Zylindern geführt ist. — Im übrigen kennt man Antriebseinrichtungen, bei denen der Druck im Pumpenzylinder bzw. in einem dem Pumpenzylinder nachgeschalteten Druckspeicher durch besondere Maßnahmen begrenzt wird (vgl. FR-PS I 272 064, CH-PS 234 643). Derartige Ausföhrungsformen haben jedoch steuerungstechnische Maßnahmen zur Steuerung der Fördermenge der Kolbenpumpe ebensowenig beeinflussen können wie Ausführungsformen, bei denen die Fördermenge der Kolbenpumpe über die Brennstoffeinspritzung an der Freikolbenbrennkraftmaschine gesteuert wird (vgl. US-PS 3 110 152).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so zu gestalten, daß der Pumpenhub beliebig und unabhängig von der Lage des Brennkraftmaschinenkolbens steuerbar ist, wobei die Steuerung in der Lage sein soll, sich ohne Verzögerungen großen und schnellen Belastungswechseln anzupassen.

Die Erfindung besteht darin, daß zur Lösung dieser Aufgabe die Steuereinrichtung aus einem elektrisch gesteuerten Durchflußventil besteht, das zwischen der

ίο Kolbenpumpe und dem Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist und unter dem Verbrennungshub der Freikolbenbrennkraftmaschine einen Rückfluß von Flüssigkeit aus der Kolbenpumpe in den Flüssigkeitsbehälter zuläßt, wenn das Durchflußventil offen ist, und aus wenigstens einer Bewegungsmeßeinrichtung, die die Bewegungen des Brennkraftmaschinenkolbens anzeigt, sowie aus einer mit der Bewegungsmeßeinrichtung wirkungsmäßig verbundenen elektrischen Einrichtung für die Stellbewegung des Durchflußventils.

ao Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß der Pumpenhub beliebig und unabhängig von der Lage des Brennkraftmaschinenkolbens steuerbar ist. Durch die Anordnung des Durchflußventils, dessen Stellbewegi'ng durch die an die Bewegungsmeßeinrichtung angeschlossene elektrische Einrichtung gesteuert wird, läßt sich eine automatische Steuerung erreichen, die ohne Verzögerungen sich großen und schnellen Belastungswechseln auf einfache Weise anpaßt. Dabei kann die Automatisierung

mit Hilfe bekannter elektrotechnischer Mittel realisiert werden.

im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die Abbildung zeigt eine Antriebseinrichtung mit einer Steuereinrichtung nach der Erfindung im Schnitt.

Bei der dargestellten Freikolbenbrennkraftmaschine sind im Zylinder 4 zwei Brennkraftmaschinenkolben 2 vorgesehen, welche mit zusätzlichen Kolben 3 verbunden sind. Die sich im Zylinder 4 bewegenden Brennkraftmaschinenkolben 2 öffnen bzw. schließen bei ihrer Bewegung in den Zylinderenden ausgebildete Auslaßschlitze 5 bzw. Einlaßschlitze 6. Die Kolben 3 bewegen sich jeweils in einem Zylinder 7 hin und her, welche an ihren Außenenden 8 abgeschlossen sind, so daß die Zylinder 7 und die Kolben 3 zwischen sich Räume 9 ausbilden. Wenn die Brennkraftmaschinenkolben 2 sich nach auswärts bewegen, wird die Luft in dem Raum 9 zusammengepreßt und kehrt, wenn die Bewegung der Brennkraftmaschinenkolben 2 aufgehört hat, die Bewegung der Brennkraftmaschinenkolben 2 um, so daß diese sich zueinander hin bewegen. Die Brennkraftmaschinenkolben 2 sind untereinander über einen Synchronisiermechanismus 10 verbunden. In der Vorderwandung der Zylinder 7 ist jeweils ein Ansaugventil 11 vorgesehen, durch welches die Kolben 3 Luft in den Zylinder 7 einsaugen, welche bei Einwärtsbewegung der Kolben 3 durch ein Ventil 12 in die Kammer 13 gepreßt wird. Wenn ein Brennkra^rtmaschinenkolben 2 den Einlaßschlitz 6 im Zylinder 4 freigibt, strömt die komprimierte Luft in den Zylinder 4 und durch die Auslaßschlitze 5 hinaus, so daß der Zylinder 4 gespült wird. Außerdem ist eine Brennstoffeinspritzpumpe 14 vorgesehen, welche automatisch einspritzt, sobald ein vorgegebener Druckwert im Zylinder 4 erreicht wird. Der Hub dieser Einspritzpumpe 14 läßt sich auf übliche Weise regeln. Mit jedem Brennkraftmaschinenkolben 2 ist eine Kolbenpumpe verbunden, wobei der Pumpenkolben 15 am

Brennkraftmaschinenkolben 2 und der Pumpenzylinder 16 am Außenende 8 des Zylinders 7 befestigt ist In der Auslaßleitung des Pumpenzylinders 16 ist ein Auslaßventil 18 vorgesehen. Die Kolbenpumpe besitzt außerdem einen zugeordneten Flüssigkeitsbehälter 19 für die Flüssigkeit, wobei zwischen dem Flüssigkeitsbehälter 19 und dem Einlaß 31 ein Durchflußventil 30 vorgesehen ist. Ein Drucksammler 21. ein Flüssigkeitsmotor 22, Leitungen 23 sowie ein Höchstdruckventil 24 vervollständigen die Anlage.

Eine elektrische Steuereinrichtung ist ferner dargestellt. Hierzu ist der Synchronisiermechanismus 10 über ein Zahnrad 25 mit einer Bewegungseinrichtung 26 verbunden. Das Durchflußventii 30, welches einen Solenoid 27 besitzt, wird durch eine elektrische Einrichtung

28 gesteuert. Zur Abgabe von Angaben über den Druck in der Leitung 23 ist ein Druckübersetzer 29 vorgesehen. Diese Antriebseinrichtung arbeitet folgendermaßen:

Die Freikolbenbrennkraftmaschine wird angelassen, ao indem beispielsweise der Synchronisiermechanismus 10 hin- und herbewegt wird. Wenn die Brennkraftmaschinenkolben 2 sich zueinander hin bewegen, saugt jede Kolbenpumpe aus dem Flüssigkeitsbehälter 19 durch das Durchflußveniil 30 Flüssigkeit an. Das Solenoid 27 as hält das Durchflußventil 30 geöffnet. Zu Beginn des Verbrennungshubes empfängt die elektrische Einrichtung 28 von der Bewegungseinrichtung 26 eine Information über die Beschleunigung der Brennkraftmaschinenkolben 2 und infolgedessen über die Verbrennungsenergie. Auf Grund dieser Information und auf Grund der Druckangabesignale seitens des Druckübersetzers

29 berechnet die elektrische Einrichtung 28 einen geeigneten Pumpenhub. Wenn die Brennkraftmaschinenkolben 2 die diesem berechneten Hub entsprechende Position erreichen, so schaltet die elektrische Einrichtung den Solenoidstrom ab, wodurch die Durchflußventile 30 geschlossen werden und der Pumpenhub beginnt. Die Position der Brennkraftmaschinenkolben 2 läßt sich auch aus den Signalen der Bewegungseinrichtung 26 als Zeitintegral des Drehzahlsignals bestimmen. Andererseits kann die Steuereinrichtung auch in entgegengesetzter Weise arbeiten. In diesem Falle wird das Durchflußventil 30 geschlossen, wenn der Verbrennungshub beginnt, und geöffnet, wenn ein bestimmter Pumpenhub erreicht ist. Außerdem kann auch das Solenoid 27 in entgegengesetzter Weise arbeiten, d. h., das Durchflußventil 30 kann geschlossen werden, wenn der Strom eingeschaltet wird.

Wenn zwei Brennkraftmaschincnkolben 2 im gleichen Zylinder 4 in entgegengesetzten Richtungen hin und her gehen, können die Durchflußventile 30 für bei-

de Kolbenpumpen auch in einem einzigen Ventil zusammengefaßt werden. Dadurch, daß jede Kolbenpumpe ihr eigenes gesteuertes Durchflußventii 30 besitzt, ergibt sich jedoch die günstige Gelegenheit die Brennkraftmaschinenkolben 2 ohne starre mechanische Verbindung zu synchronisieren. In diesem Fall wird eine Meßeinrichtung benötigt welche die Abweichung der Brennkraftmaschinenkolben 2 vom Synchron-Zustand mißt Zu diesem Zweck kann das Zahnrad 25 derart gelagert werden, daß es in seitlicher Richtung wandern kann. Wenn die Brennkraftmaschinenkolben 2 vom Synchronzustand abweichen, bewegt sich das Zahnrad

25 seitwärts, was von der Bewegungsmeßeinrichtung

26 festgestellt wird, welche dann der elektrischen Einrichtung 28 ein Signal übermittelt. Die elektrische Einrichtung 28 vermindert dann den tatsächlichen Hub des zurückgebliebenen Brennkraftmaschinenkolbens 2 und erhöht den Hub des voreilenden Brennkraftmaschinenkolbens 2. Eine Steuerung ist auch dadurch herbeiführbar, daß beispielsweise die Bewegungsmeßeinrichtung 26 den Hub des Brennkraftmaschinenkoibens 2 mißt und die elektrische Einrichtung 28 eine entsprechende Einstellung im Pumpenhub vornimmt, indem das Durchflußventil 30 gesteuert wird.

Andererseits kann man auch die Energie der unter Druck stehenden Flüssigkeit im Drucksammler 21 ausnutzen, um den oder die Brennkraftmaschinenkolben 2 in Zündlage zurückzudrücken. Auf der Komprimierbarkeit der Flüssigkeit beruhende Federungen können ebenfalls verwendet werden.

Beispielsweise können der Einlaß 31 und der Auslaß 32 in eir^m gewissen Abstand vom Boden des Pumpenzylinder 16 angeordnet werden. Wenn der Pumpenkolben 15dieseStelle erreicht, schließt er den Einlaß 31 und den Auslaß 32 und die in dem geschlossenen Raum befindliche Flüssigkeit wird komprimiert Wenn der Brennkraftmaschinenkolben 2 angehalten wird, drückt diese Flüssigkeitsfederung den Brennkraftmaschinenkolben 2 in Zündlage zurück. Die Federcharakteristik hängt vor. dem Volumen des vom Pumpenkolben 15 abgeschlossenen Zylinderraumes ab und läßt sich durch geeignete Konstruktion je nach Wunsch verändern.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung besteht darin, eine selbsttätige Steuerung des Pumpenhubes entsprechend der Belastung zu erreichen. Dabei kann eine derartige Antriebseinrichtung auch mit hohem Nutzen eingesetzt werden, wenn die Antriebskraft gleichzeitig verschiedenen Stellen zugeleitet werden muß, wie beispielsweise beim Allradantrieb von Spezialfahrzeugen, wie sio beispielsweise bei Erdbewegungen eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Antriebseinrichtung, bestehend aus einer Freikolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder und wenigstens einem darin hin- und hergehenden Brennkraftmaschinenkolben, einer hydraulischen Kolbenpumpe, deren Pumpenkolben mit dem Brennkraftmaschinenkolben verbunden ist, einem Flüssigkeitsbehälter für die Zufuhr von Flüssigkeit in die Kolbenpumt« und einem mit der Kolbenpumpe verbundenen Flüssigkeitsmotor sowie einer Einrichtung zur Steuerung der Fördermenge der Kolbenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einem elektrisch gesteuerten Durchflußventil (30) besieht, das zwischen der Kolbenpumpe (Teile 15, 16) und dem Flüssigkeitsbehälter (19) angeordnet ist und unter dem Verbrennungshub der Freikolbenbrennkraftmaschine einen Rückfluß von Flüssigkeit aus der Kolbenpumpe in den Flüssigkeitsbehälter (19) zuläßt, wenn das Durchflußventil (30) offen ist, und aus wenigstens einer Bewegungsmeßeinrichtung (26), die die Bewegungen des Brennkraftmaschinenkolbens (2) anzeigt, sowie aus einer mit der Bewegungsmeßeinrichtung (26) wirkungsmäßig verbundenen elektrischen Einrichtung (28) für die Stellbewegung des Durchflußventils (30).