DE3118269A1

DE3118269A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine mit einer einrichtung zur erzeugung von druckgas

Info

Publication number: DE3118269A1
Application number: DE19813118269
Authority: DE
Inventors: Lutz 3013 Barsinghausen Piesbergen
Original assignee: Wabco Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1982-04-08

Description

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung
zur Erzeugung von Druckgas Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmasetlirle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Versorgung von Druckgas-Verbrauchern bei einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine wird gewöhnlich ein von der Brennkraftmaschine angetriebener Luftpresser verwendet. Ein solcher als Ein- oder Mehrzylinder-Aggregat ausgebildeter Luftpresser stellt jedoch eine relativ aufwendige und teure Einrichtung dar, deren Einsatz sich nur dann lohnt, wenn mehrere Druckluft-Verbraucher wie z.B. eine Druckluft-Brerns- anlage und/oder eine selbsttätig regelnde Luftfederung für das gesamte Fahrzeug verwendet werden.
Bei einem an sich ohne größere Druckluft-Verbraucher versehenen Fahrzeug sieht man von dem Einsatz von u.U. den Fahrkomfort erheblich steigernden Druckluft-Verbrauchern mit einem relativ geringen Druckluft-Verbrauch ab, weil die Kosten für den dann erforderlichen Luftpresser zu hoch sind. Solche Druckluft-Verbraucher rnit geringem Druckluft-Verbrauch stellen beispielsweise Luftfeder-Finrichtungen für den p'ahrersitz oder die Sitze der E'ahrgäste dar.
Durch die DE-PS 700 408 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der über ein im Totraum eines Zylinders angeordnetes und steuerbares Ventil dem Zylinder zu bestimmten Zeiten Druckgas fUr eine Druckgasquelle (Vorratsbehälter) entnommen wird. Die Steuerung des Ventils in Abhängigkeit vom Druck im Vorratsbehälter erfordert einen relativ großen Aufwand.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dPr r der Aufwand für die Druckgas-Erzeugung vergleichbar gering ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß ein gesonderter Luftpresser zur Druckgas-Erzeugung nicht erforderlich ist. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung auf die normale Betriebsweise der Brennkraftmaschine ist relativ gering, insbesondere dann, wenn die Entnahme von Druckgas im wesentlichen während der Anlaufphase der Brennkraftmaschine geschieht. Hierzu eignet sich vorteilhaft die Verwendung einer Vorratsbehälter ausgebildeten Druckgasquelle. Durch die Anordnung der Auslaßöffnung in der vom Kolben überfahrenen Zylinderinnenwand ergibt sich amtomatisch eine vom Kolben direkt gesteuerte Schließung bzw. Öffnung des von der Auslaßöffnung und dem Kolben gebildeten Auslaßventils. Ein aufwendig gesteuertes Steuerventil ist also nicht erforderlich.
Wenn die in Richtung der Zylinderachse gemeslsene Ausdehnung der Auslaßöffnung an der Zylinderinnenwand nicht größer ist als der kleinste Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Kolbenrigen des Kolbens, dann ergibt sich vorteilhaft eine a matische Verhinderung einer Verbindung von Verbrennungsraum und Kolbenstangenraum.
Wenn beabsicItigt ist, dan auch oder im wesentlichen nur Verbrennungsgase der Druckluftquelie zugefllhrt werden, dann ist von Vorteil, daß die Lage der Auslaßöffnung so gewählt ist, daß der maximale Druck des während der Arbeits-Phase entnehmbaren Druckgases dem vorbestimmten Wert entspricht.
Ein zwischen der Druckgasquelle und einem von der Druckgasquelle gespeisten Verbraucher angeordnetes Luftfilter ermöglicht eine einfache Filterung der dem Verbraucher zugeführten Verbrennungsgase.
Um das Überfahren der Auslaßöffnung vom Kolben. auf einfache Weise weitgehend sicher und verschleißfrei zu gestalten, ist es vorteilhaft, wenn die Kolbenringe des Kolbens nicht gegen Verdrehen gesichert: sind.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
-Es zaigerl: Fig. 1 das P-V-Diagramm eines Viertakt-Dieselmotors zur Erläuterung der Erfindung und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine als Beispiel das P-V-Diagramm eines Viertakt-Dieselmotors dargestellt. In vereinfachter Weise sind die vier Takte dieses Motors (A = Verdichten, B = Arbeiten, C = Ausstoßen, D = Ansaugen) wiedergegeben. Während des Verdichtens (Kurventeil A) wird beim Erreichen des Druckes P 3 der Kraftstoff eingespritzt.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist im Zylinderraum des betreffenden Zylinders eine Auslaßöffnung vorgesehen, die so angeordnet ist, daß sie beim Verdichten dann vom Kolben überfahren und somit vom wirksamen Zylinderraum abgesperrt wird, wenn gewünschte zu erzeugende Druck P 1 erreicht dst. Diesem Druck P 1 entspricht ein bestimmtes lumen V 1 des Zylinderraumes und somit eine beimmte Stelle im Zylinder.
Das über die erwähnte Auslaßöffnung des Zylinderraurns entnommene Gas wird über ein Rückschlagventil z.B. einem als Druckgasquelle dienenden Vorratst)(8hri @ ter zugeftillrt.
Während der Arbeitsphase des Motors hat der Druck des im Zylinderraum befindlichen Gases (Verbrennungsgas) den Wert P 2, wenn der Kolben die Auslaßöffnung wieder mit dem wirksamen Zylinderraum verbindet.
Man erkennt, daß das über die erwähnte Auslaßöffnung dem Zylinderraum entnommene Gas im Vo-ratsbehälter einen dem Wert P 2 entsprechenden Wert aufweist, wenn dem Vorratsbehälter keine nennenswerten Gasmengen entnommen werden. Wenn dagegen mittels eines Druckbegrenzungsventils dafür gesorgt wird, daß der Druck des dem Zylinderraum entnommenen Gases nicht z.B. den Wert P 1 übersteigen kann, nimmt der Druck des in dem erwähnten Vorratsbehälter befindlichen Gases maximal diesen Druck P 1 an.
In Fig. 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Von einem Viertakt-Dieselmotor ist ein Zylinder 1 mit einem Zylinderkopf 2 und einem Kolben 18 vereinfacht dargestellt. Der Kolben 18 treibt eine Kolbenstange 19. Zur Abdichtung des Kolbens 18 sind Kolbenringe 17 vorgesehen.
Im Zylinder 1 ist eine Auslaßöffnung 15 angebracht, die über eine Lösung 14,10 den Zylinderraum 3 mit einem als Druckgasquelle dienenden Vorratsbehälter 12 verbindet. Der Vorratsbehälter 12 speist über eine Leitung 11 nicht dargestellte Druckluft-Verbraucher wie z.B. eine Luftfederungs-Einrichtung für die Sitze des betreffenden Fahrzeugs und/oder die Fahrzeugfederung.
In die Leitung 14, 10 ist ein Lamellenventil 16 eingeschaltet, das in der Richtung von der Auslaßöffnung 15 zum Vorratsbehälter 12 einerseits als Rückschlagventil und andererseits als Druckbegrenzungsventil arbeitet. Die an dem Lamellenventil 16 liegenden Enden der Leitungen 14 und 10 sind im Lamellenventil 16 je mit einem Dichtnut-Profil 4 und 9 umgeben, wobei diese Dichtnuteii 4 und 9 Ventilsitze fUr r eine an ihren Enden mit Befestaigllng,smitteln 8 und 13 festgelegte bzw. geführte Lamelle Ej bilden. Die Lamelle 5 befindet sich zwischen zwei Gehäusehälften 6 und 7 des Lamellenventils 16.
Der Ventilsitz 4 bildet mit der Lamelle 5 das Rückschlagventil, so daß Druckgas an den Seiten der Lamelle 5 vorbeifließen kann, wenn der Druck in der Leitung 14 größer ist als der Druck in der Leitung 10. Andernfalls ist das Rückschlagventil 4, 5 geschlossen, so daß ein Einströmen von Druckgas aus dem Vorratsbehälter 12 in den Zylinderraum 3 oder den unter dem Kolben 18 befindlichen Raum nicht möglich ist.
Die die Lamelle 5 aufnehmende Kammer zwischen den beiden Gehäusehälften 6 und 7 ist so ausgebildet, daß die Lamelle 5 erst dann an dem Ventilsitz 9 anliegt und somit die Leitung 10 absperrt, wenn ein vorbestimmter Druckwert überschritten ist. Bezüglich dieses vorbestimmten Druckwertes arbeitet das Lamellenventil 16 als Druckbegrenzungsventil. Die die Lamelle 5 aufnehmende Kammer ist selbstverständlich nach außen hin abgedichtet.
Das Druckbegrenzungsventil 5,9 ist so bemessen, daß der Schließdruck dieses Ventils bei einem Wert liegt, der in etwa gleich demjenigen Druck ist, der beim Verdichten an der Auslaßöffnung 15 erreicht wird, wenn der Kolben 18 die Auslaßöffnung 15 von dem Zylinderraum 3 absperrt. In dem Diagramm nach Fig. 1 bedeutet dies, daß die Auslaßöffnung 15 entsprechend dem Volumen V 1 angeordnet ist und daß der Schließdruck des Druckbegrenzungsventils 5,9 dem Druck p l entspricht.
Al ieiXe Weise ist sichergestellt, daß die Auslaßöffnung 15 vor dem Einspritzen des Kraftstoffes (Druckwert P 3 in Fig. 1) von dem Zylinderraum 3 abgesperrt ist. Damit gelangt kein unverbrannter Kraftstoff in den Vorratsbehälter 12. Das im Vorratsbehälter 12 befindliche Druckgas enthält auch praktisch keine Verbrennungsgase, da der Durchgang der Verbrennungsgase zum Vorratsbehälter 12 durch das Druckbegrenzungsventil 5,9 weitgehend unterbunden ist. Bei einer relativ geringen Entnahme von Druckgas aus dem Vorratsbehälter 12 wird die Abstimmung und Betriebsweise des beschriebenen Zylinders bezüglich seiner lgurlktiorl als Arbeitsmaschine praktisch kaum beeinträchtigt.
Die in Richtung der Zylinderachse gemessene größte Ausdehnung der vorteilhaft als Schlitz bzw. Schlitze ausgebildeten Auslaßöffnung 15 an der Zylinderinnenwand ist kleiner als der kleinste Abstand zwischen den Kolbenringen 17.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die von dem Zylinderraum 3 der Hubkolben-Brennkraftmaschine gespeiste Druckgasquelle von einem Vorratsbehälter 12 gebildet. Es ist auch möglich, statt des Vorratsbehälters einen Absperrhahn vorzusehen, über den die Druckluft entnehmbar ist. Als Verbraucher für eine solche direkte Druckgas-Entnahme aus dem Zyinder der Hubkolben-Brennkraftmaschine ist z.B. eine Einrichtung zum Besprühen oder Ansprühen zwecks Reinigung oder Lackierung etc.
denkbar. In einem solchen Fall ist die Verwendung des beschriebenen Druckbegrenzungsventils nicht unbedingt erforderlich.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung bei einem Otto-Motor mit Vergaser ergeben sich keine grundlegend anderen Verhältnisse, wenn die Auslaßöffnung im Zylinder so angeordnet ist, daß das beim Verdichten durch die Auslaßöffnung entnommene Druckgas kaum mit Kraftstoff angereichert ist.
Die Anreicherung des dem Zylinder entnehmbaren Druckgases mit Kraftstoff wird bei einem Otto-Motor mit Einspritzung vermieden, wenn die Auslaßöffnung beim Verdichten vor dem Einspritzen des Kraftstoffes in den Zylinderraum abgesperrt wird.
Zur Säuberung und Entreicherung des dem Zylinder entnommenen Druckgases kann ein Feinluftfilter verwendet werden, das in der Leitung zwischen dem Zylinderraum und der Druckgasquelle angeordnet ist. Statt des beschriebenen Lamellenventils können auch andere Rückschlagventile und Druckbegrenzungsventile verwendet werden wie z.B. federbelastete Schieberventile.
Die Beeinflussung der normalen Arbeitsweise des Zylinders, dem das Druckgas entnommen wird, ist dann besonders gering, wenn die Entnahme des Druckgases während der Anlaufphase nach dem Starten des Motors stattfindet.

Claims

Patentansprüche 1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Druckgas, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einem Zylinder (1) der den Kolben (18) aufnehmende Zylinderraum (3) mit einer Auslaßöffnung (15) versehen ist, die über ein zur Auslaßöffnung (15) hin absperrendes Rückschlagventil (4,5) mit einer Druckgasquelle (12) verbunden ist.
2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit der Auslaßöffnung (15) versehenen Zylinder (1) ein Brennstoff-Gemisch verbrannt wird.
3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle von einem Druckluft-Vorratsbehälter (12) gebildet ist.
4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Auslaßöffnung (15) und der Druckgasquelle (12) ein Druckbegrenzungsventil (9,5) angeordnet ist, das den Druck des der Druckgasquelle (12) zugeführten Druckgases auf einen vorbestimmten Wert begrenzt.
5. Hubkolben-Brennkraftmasschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (15) so arugeordnet ist, daß sie während des Verdichtens vor dem Einbringen von Kraftstoff von dem Kolben (18) Uberfahrbar und absperrbar ist.
6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (15) so angeordnet ist, daß der maximale Druck des während des Verdichtens entnehmbaren Druckgases einem vorbestimmten Wert entspricht und das der Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils (5,9) wesentlich kleiner ist als der größte Wert des während des Arbeitens auftretenden Druckes im Zylinderraum (3).
7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (15) so angeordnet ist, daß der maximale Druck des während des Verdichtens entnehmbaren DftIckgases einem vorbestimmten Wert entspricht und daß der Begrenzungsdruck des Druckbegrenzungsventils gleich oder im wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert ist.
8. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil als Lamellenventil (4,5) ausgebildet ist.
9. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach. Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lamellenventil (16) zugleich als Druckbegrenzllngsven t il (9,'.,) dient.
10. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) das Lamellenventil (16) besteht aus einer Lamelle (5), die im spannungslosen oder nahezu spannungslosen Zustand eine mit der Auslaß- öffnung (15) verbundene erste Leitung (14) absperrt; b) das Ende einer zweiten, mit der Druckgasquelle (12) verbundenen Leitung (10) ist in so großen Abstand von der Lamelle (5) angeordnet, daß die Lamelle (5) beim Erreichen eines vorbestimmten Begrenzungsdruckes auf der der Auslaßöffnung (1 5) zugewandten ;e i te der Lame 11 ( (5) die zweite Leitung (10) absperrt.
11. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (15) als Schlitz ausgebildet ist, der im wesentlichen senkrecht zur Achse des Zylinders (1) verläuft.
12. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle als absperrbares Auslaßventil oder als entsprechender Auslaßhahn ausgebildet ist.
13. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine als Viertaktmaschine ausgebildet ist.
14. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine alsDieselmotor ausgebildet ist.
15. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle (12) zur Versorgung von Druckluft-Verbrauchern dient, deren Druckgas-Bedarf während des Anlaufens der Brennkraftmaschine wesentlich größer ist als nach der Anlaufphase der Brennkraftmaschine.
16. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Auslaßöffnung (15) und der Druckgasquelle (12) ein Feinluftfilter angeordnet ist.
17. Hubkolben-brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil als federbalastetes Schieberventil ausgebildet ist.
18. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil als Kegelsitzventil ausgebildet ist.
19 . Hubkolben-Brennkraftmaschine nactl wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Zylinderachse gemessene größte Ausdehnung der Auslaßöffnung (15) an der Zylinderinnenwand nicht größer ist als der kleinste Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Kolbenringen (17) des Kolbens(18).
20. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Zylinderachse gemessene größte Ausdehnung der Auslaßöffnung (15) an der Zylinderinnenwand kleiner ist als der kleinste Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Kolbenringen (17) des Kolbens (18).
21. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (15) so angeordnet ist, daß der maximale Druck des während der Arbeits-Phase entnehmbaren Druckgases einem vorbestimmten Wert entspricht.
22. Hubxo1ben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckgasquelle (12) und einem von der Druckgasquelle gespeisten Verbraucher ein Luftfilter angeordnet ist.
23. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenringe (17) des Kolbens (18) nicht gegen Verdrehen gesichert sind.