DE2648958A1

DE2648958A1 - Hydraulische kolbenpumpe mit antrieb durch freiflugkolben

Info

Publication number: DE2648958A1
Application number: DE19762648958
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Fengler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE2648958C2

Description

Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben.
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Koltenpumpes bei der die Pumtenkolben mit den Freiflugkolben einer Brennkraftmaschine so verbunden sind, daß beim Arbeitstakt der Brennkraftmaschine der Pumpendruckhub und bein Verdichtungstakt der Brennkraftrnaschine der Pumpensaughub erfolgt.
Das so erzeugte Drucköl soll z.B. flber hydrostatische ölmotoren Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen antreiben.
Es ist bekannt, zum Antrieb Brenniraitmascninen einzusetzen1 die mit einem Schaltgetriebe zur Anpassung an die verschiedenen Bahr- oder Arteitszustände und einer Kupplung zum Ausgleich der J)rehzahlunterschiede beim Anfahren und Schalten ausgerüstet sind.
Zur Bedienungsvereinfachung wurden automatische Schaltgetriebe geschaffen.
Zur besseren Anpassung an die wechselnden Fahr.zustände werden stufenlose Getriebe gebaut.
Riementriebe mit verstellbaren Scheiben sind nur für kleinere Leistungen geeignet Der Umweg über die elektrische Energie ist aufwendig und für die meisten Fahrzeuge zu schwer.
Strömungsgetriebe haben nur in einem schmalen Bereich einen guten Wirkungsgrad.
Hydrostatische Getriebe haben einen guten Wirkungsgradverlauf, der Bestwert liegt aber unter dem von mechanischen Schaltgetrieben, so daß sich diese Getriebe bisher nur in Sonderfällen durchsetzen konnten.
Die heute verwendeten Brennkraftmaschinen können nicht mit Drehzahl 0 anlaufen.
Ihr Teillastwirkungsgrad ist relativ niedrig.
Dadurch ergibt sich im heutigen Stadtverkehr ein erheblicher Verbrauch und eine unnotige Luftverschmutzung.
Stufenlose Getriebe haben einen schlechteren Wirkungsgrad als mechanische Schaltgetriebe und sind aufwendiger und teurer.
Bekannte Gegenkolbenmotoren mit ihren Vorzügen wie Gleichstromspülung, keine Zylinderkopfdichtung, keine äußeren Massenkräfte haben den Nachteil, daß 2 Kurbelwellen mit Kopplung vorhanden sein müssen.
Antriebe nach dem hier vorgeschlagenen Prinzip sind aus der Patentliteratur bekannt.
Der in der Deutschen Patentschrift Nr. 1078809 beschriebene Motor z.B. wird relativ groß und schwer, da zwischen den Kolben erhebliche Kräfte über mechanische Gestänge übertragen werden müssen.
Auch der in der Deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2256198 beschriebene Motor würde groß und teuer, da je Kolben mehrere Hydraulikakkumulatoren und Ventile vorgesehen sind.
Beide Motoren können nicht beliebig langsam laufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die ab Drehzahl 0 läuft, einen guten Teillastwirkungsgrad hat, einen stufenlos regelbaren Antrieb mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht und einfach im Aufbau ist.
Die Lösung der Aufgabe nach der Erfindung erfolgt durch eine Freikolbenmaschine, deren Kolben beim Kompressionshub durch Flüssigkeit aus einem Hydraulikakkumulator angetrieben werden und beim Arbeitshub die Flüssigkeit in einen zweiten Akkumulator fördern.
Mit Hilfe eines Ventils, gesteuert durch ein elektronisches Regelgerät, können die Kolben jeweils solange im unteren Totpunkt bleiben, daß von 0 bis zu einem Maximalwert jede Fliissigkeitsmenge gefördert serien kann.
Das Regelgerät sorgt weiter für einen gleichmäf3igen Zündabstand bei Mehrzylindermotoren, für den Gleichlauf der Kolben, dafür, daß -die Kolben ihre Ruhelage im unteren Totpunkt auch bei aussetzender Verbrennung erreichen, für den richtigen Druck in den Hydraulikakkumulatoren durch Verändern der Flüssigkeitsmenge oder durch Verändern der Temperatur in den Gas-Dampf-Kammern der Akkumulatoren und gegebenenfalls für eine Verstellung der Motoren.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß nur wenig bewegte Teile benötigt werden und daher das Aggregat bei hohem *-irkungsgrad nicht zu schwer wird, kein Kraftstoff verbraucht wird, wenn keine Arbeitsleistung verlangt wird (kein Leerlauf), ein kontinuierlicher Ölstrom erzeugt wird, der erlaubt, Fahrzeuge über stufenlos regelbare hydrostatische Motoren anzutreiben, die zudem so eingestellt werden können, daß der Motor nie mit sehr kleiner Last laufen muß und keine äußeren Massenkräfte auftreten. (Laufruhe).
Das erforderliche Gerät zur Erfüllung der komplizierten Regelaufgaben kostet schon heute bei großen Motoren weniger, als die eingesparten mechanischen Bauteile.
Bei entsprechenden Stückzahlen und der zu erwartenlen Entwicklung auf dem Gebiet der elektronik werden in Zukunft auch kleine Motoren wirtschaftlich gebaut werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Bildern 1 bis 3 dargestellt und werden im folgenden beschrieben.
Bild 1 zeigt ein Aggregat mit einem Zylinder.
Weitere Zylinder können an die nur einmal vorhandenen Hydraulikspeicher (8) und (9) angeschlossen werden.
Im Zylinder (1) laufen gegenläufig die Kolben (2L) und (2R). Sie sind mit Ölkolben (3L) und (3R) verbunden.
Im Ruhezustand stehen die Kolben in der gezeichneten Stellung.
Erkennt das Regelgerät (21), vorzugsweise bestehend aus einem Minicomputer, daß der Druck in der Kammer (12) unter den Sollwert - beisrielsweise 70 bis 140 bar -gefallen ist, so wird Ventil (7) so geschaltet, daß Öl aus Kammer (11) mit einem Druck von beisTielsweise 20 bis 40 bar über die leitungen (4L) und (4R) die Kolben (311) und (3R) in Richtung Zylindermitte bewegt.
Die über Leitung (18) in den Zylinder geströmte Luft wird verdichtet und in der Sähe des oberen Totiiiktes wird über Leitung (19) Kraftstoff eingespritzt Die Kraftstoffmenge wird vom Regler (21) abhängig vom Druck in Kammer (12) bestimmt.
Ventil (7) wird in die im Bild 1 gezeichnete Stellung gebracht. Die Kolben (2L) und (2R) werden unter dem Druck der verdichteten Luft und der einsetzenden Verbrennung auseinander getrieben, wodurch sich Ventil (6) öffnet.
Regler (21) bestimmt laufend, ob der Gasdruck ausreicht, die Kolben gegen den Druck in Kammer (12) bis in ihre Ruhelage zu treiben.
Droht das nicht der Fall zu sein, etwa wegen schlecht ablaufender Verbrennung oder starker Kolbenreibung, so wird rechtzeitig Ventil (7) in die Stellung gebracht, daß entweder Öl in Kammer (11) oder in Behälter (22) (4tmosrhärendruck) laufen kann.
Das Regelgerät (21) regelt außerdem den Gleichlauf der Kolben über die Drosseln (5L) und (5R).
Für diese 2 Aufgaben - Sicherstellung, daß die Ruhelage erreicht wird und Kolbengleichlauf - verarbeitet der Regler die Signale der Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsgeber (20L) und (20R) und des Druckes in den Kammern (11) und (12). Die Druckgeber und Verbindungsleitungen zum Regler (21) sind nicht dargestellt.
Der Gaswechsel der Maschine erfolgt über ein nicht unbedingt notwendiges Ladegebläse (echaniscn oder durch Abgas angetrieben, nicht gezeichnet), leitungen (16L) und (16R) (eventuell weiter von der Zylindermitte entfernt und mit Rückschlagventil versehen) und Leitung (18) über Einlaßschlitze in den Zylinder und nach Verdichtung und Verbrennung über Auslaßschlitze und Leitung (17) ins Freie (ev. über Lader).
Die Menge des Öls, die aus Kammer (12) über Ölmotoren (14) oder andere Verbraucher in Kammer (11) zurück strömt, wird geregelt durch verschieden lange Verweildauer der Kolben (2L) und (2R) im unteren Totpunkt.
Zur Änderung des Öldruckes in den Kammern (11) und (12) sind verschiedene Möglichkeiten vorgesehen je nach Zylinderzahl, gewünschtem Ungleichförmigkeitsgrad und Geschwindigkeit der Anderung.
Es kann die Ölmenge im Kreis durch die Pumpe (15), die zum Ausgleich von Leckölverlusten notwendig ist, erhöht werden.
Damit die Erhöhung schneller geht, kann einer der Speicher (8),(9) oder beide durch Speicher (23) ersetzt werden, wie Bild 2 zeigt.
Bei niedrigem Druck sind die Kammern (25) und (26) verbunden. (Gezeigte Stellung des Ventils (27) im Bild 2).
Kammer(24) entspricht Kammer (11) bzw. (12).
Eine Drucksenkung kann erreicht werden durch Förderung in Behälter (22) während des Arbeitshubes.
Der Druck kann aber auch geändert werden, indem einer oder beide Speicher (8) und (9) durch den in Bild 3 gezeigten (28) ersetzt wird.
Der Gasraum (30) ist mit einem Wärmetauscher (31) verbunden, durch den eine regelbare Menge Abgas oder Kühlluft geleitet werden kann.Kammer (29) entspricht Kammer (11) bzw. (12) in Bild 1.
Raum (30) kann Gas oder ein Gemisch aus Gas und (bei etwa Kühllufttemperatur ungesättigten) Dampf enthalten zur Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Raum (30) und Abgas.
Zur Erhöhung der Verweildauer der Kolben (2L) und (2R) im oberen Totpunkt kann Ventil (6) steuerbar ausgeführt werden und eventuell in Ventil (7) integriert werden.
Zur Einsparung der Drosseln (5L) und (5R) kann je Kolben ein Ventilpaar (6,7) (beide steuerbar) angeordnet werden.
Der Gleichlauf wird dann durch nicht völliges Offnen eines der Ventilpaare (6,7) geregelt.
Mit einem Ventil (7) je Kolben kann ein unsymmetrisches Steuerdiagramm zur Erzielung einer hohen Aufladung - ohne steuerbare schieber in der Abgasleitung (17) -erreicht werden. Durch entsprechende Programmierung des Reglers (21) kann das unsymmetrische Diagramm ev.
nur dann gefahren werden, wenn eine hohe Leistung verlangt wird.
Die Pumpe kann auch mit einem Kolben je Zylinder gebaut werden. Frischluft- und Abgasschlitze liegen dann in einer Ebene.

Claims

Patentansprüche Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen bei beliebiger Zylinderzahl einmal vorhandenen Hydraulikakkumulator (8), bestehend aus Gaskammer (10) und Flüssigkeitskammer (11), ausreichend gefüllt zur Leistung der 7omnpressionsarbeit durch die sich gegenläufig bewegenden Kolben (2L) und (2R), die mit den Rydraulikkolben (3L) und (3R) verbunden sind und zur Aufnahme der vom anzutreibenden Aggregat zurückfließenden Flüssigkeit, ein 3e Zylinder (1) einmal vorhandenes Ventil (7) steuerbar so, daß die Kolben im unteren Totpunkt beliebig lange verweilen oder in Richtung Zylindermitte bewegt werden können, einen bei beliebiger Zylinderzahl einmal vorhandenen Hydraulikakkumulator (9) mit Flüssigkeitskammer (12) und Gaskammer (13)zur Aufnahme der beim Arbeitshub geförderten Flüssigkeit und zur Abgabe der Flüssigkeit an das anzutreibende Aggregat, ein Ventil (6), das sich öffnet, wenn der Druck in den Leitungen (4L) und(4R) höher wird, als der Druck im Akkumulator (9) .

und ein Regelgerät (21) - vorzugsweise bestehend aus elektronischen Bauteilen - verbunden mit Druckgebern von den Akkumulatoren (8) und (9) zur Steuerung der Ventile (7), der Pumpe (15) und der Kraftstoffeinspritzmenge.
2. Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsgeber befestigt an den Kolben (2L) und (2R) oder (3L) und (3R), verbunden mit dem Regelgerät (21).
3. Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß Ventil (7) so aufgebaut ist, daß während des Arbeitshubes ein Teil der Hydraulikflüssigkeit in Akkumulator (8) und, oder Behälter (22) fließen kann.
4. Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben nach Anspruch 2 oder 3, gek e n n z e ich ne t dur c h Drosseln (5L) und (5R) in den Leitungen (4L) und (4R) verstelLbar durch Regler (21).
5. Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben nach Anspruch 1,2 oder 3 gekennzeichnet dadurch, daß sich Ventil (6) nicht selbsttätig öffnet, sondern gesteuert durch Regler (21) geöffnet oder geschlossen werden kann.
6. Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß Ventil (7) und, oder (6) einmal äe Kolben vorhanden ist.
7. Rydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Ereiflugkolben nach Anspruch 1 bis 6 gekennzeichnet dadurch, daß einer der beiden Akkumulatoren (8) und (9) oder beide durch Akkumulatoren (23) ersetzt sind, deren Gaskammern in 2 Räume unterteilt sind und durch ein Ventil (27) verbunden oder getrennt werden können.
8. Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben nach Anspruch 1 bis 7 gekennzeichnet dadurch, daß die Gaskammern der Akkumulatoren (8), (9) oder (23) mit Gas oder Dampf-Gas-Gemisch gefüllt und mit Xärmetauschern (31) verbunden sind, die von Abgas und Kühlluft durchströmt werden.
9. Hydraulische Kolbenpumpe mit Antrieb durch Freiflugkolben nach Anspruch 1 bis 3, 5, 7 und 8 g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h daß je Zylinder nur ein Kolben vorhanden ist.