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Freikolbenmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes in Abhängigkeit
vom Verdichtungsdruck Die Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine mit Einspritzung
des Brennstoffes in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck im Brennkraftzylinder und
besteht darin, daß ein in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck im Brennkraftzylinder
arbeitender Impulsgeber ein Steuerorgan betätigt, das den Zutritt des mindestens
während des Förderhubes des Brennstoffpumpenkolbens wirksamen Kraftmittels zur Brennstoffpumpe
erst dann freigibt, wenn der Verdichtungsdruck einen bestimmten Wert erreicht hat.
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Gegenüber bekannten Ausführungen, bei denen der Kolben der Brennstoffpumpe
durch den Verdichtungsdruck im Brennkraftzylinder selbst angetrieben wird, ergibt
die Erfindung den Vorteil, insbesondere bei schweren Brennstoffen, daß der Einspritzdruck
vom Druck im Brennkraftzylinder unabhängig ist.
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Gegenüber bekannten Brennstoffpumpen, bei denen lediglich die Brennstoffmenge
durch einen in Abhängigkeit vom Verdichtungsenddruck im ,Brennkraftzylinder arbeitenden
Impulsgeber eingestellt wird, ergibt sich für die Erfindung insbesondere der Vorteil,
daß der Beginn der Einspritzung in Abhängigkeit vom Verdichtungsenddruck im Brennkraftzylinder
stattfindet. ` Vorteilhafterweise wird das vom Impulsgeber betätigte Steuerorgan
den Zufluß von Druckmittel steuern, welches einen zum Antrieb des Kolbens der Brennstoffpumpe
dienenden Kolben beaufschlagt. Auch kann das vom Impulsgeber betätigte Steuerorgan
die Verriegelung eines Kraftakkumulators lösen, der den Kolben der Brennstoffpumpe
beim Förderhub betätigt.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Fig. i stellt einen Schnitt durch eine Freikolbenmaschine und durch
die Einspritzvorrichtung dar, mit Antrieb des Kolbens der Brennstoffpumpe durch
ein Druckmittel, Fig. a die Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Antrieb des Kolbens
der Brennstoffpumpe durch einen Kraftakkumulator.
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Fig.3, 4 und 5 zeigen verschiedene Ausführungen des Impulsgebers.
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Im Brennkraftzylinder i, in Fig. i, und in den Kompressorzylindern
z bewegen sich die Freikolben 3 gegenläufig. Die. Kompressoren z fördern die Luft
in den Behälter 4; von wo sie durch die Leitung 4' dem Brennkraftzylinder i zugeleitet
wird. Durch die Leitung 5 treten die Verbrennungsgase und gegebenenfalls die im
Überschuß zugeführte Spülluft al's Treibgas aus dem Brennkraftzylinder i aus und
werden ihrem
Verwendungszweck, z. B. zum Antrieb einer Treibgaskraftmaschine,
zugeleitet. Durch die Leitung 5' wird der Zylinder 6 des Impulsgebers mit dem Brennraum
verbunden. Der Stempel im Zylinder 6 wird durch die Feder 8 belastet: Neben dem
Zylinder 6 ist ein Zylinder g an-" geordnet, der durch die Leitung io mit dem.-Behälter
4 verbunden ist und dessen Kolben ii durch die Feder i2 belastet wird. Der Hebel
15
ist mit dem Stempel 7 durch das Gelenk 14 und mit dem Kolben ii durch das
Gelenk 13 verbunden und dient zum Verstellen des Steuerorgans für das Kraftmittel,
des Schiebers i6. Das Kraftmittel für den Kraftkolben 18 der Brennstoffpumpe ig
wird in Fig. i als Druckmittel, wie Drucköl oder ein unter Druck stehendes Gas,
der Leitung 17 entnommen, indem der Schieber 16 in seiner oberen Stellung I die
zum Raum 2o führende Leitung 21 mit der Leitung 17 verbindet. In der unteren Stellung
II des Schiebers 16 wird die Leitung 2i bzw. der Raum 2o mit der Abflußleitung 22
verbunden. Die Pumpe 23 fördert Druckmittel in die Leitung 17, das mittels des federbelasteten
Kolbens 24 aufgespeichert und mittels des federbelasteten Überströmventils 25 auf
konstantem Druck gehalten wird. Der Kraftkolben 18 dient zum Antrieb des Kolbens
26 der Brennstoffpumpeig, welcher der Brennstoff durch die Pumpe 27 unter einem
mittels des Überströmventils 28 bestimmten Druck über das Ventil 29 zugeführt wird.
Der Kolben 26 fördert den Brennstoff über das selbsttätig arbeitende Brennstoffventil
30 in den Brennraum-des Brennkraftzylinders i.
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Der Druck im Zylinder 6 ändert sich mit dem Druck im Brennkraftzylinder
i, so daß die Stellung des Impulsgeberstempels 7 in Abhängigkeit vom Verdichtungsdruck
im Brennkraftzylinder i bestimmt ist. Solange der Druck im Behälter 4 mindestens
angenähert konstant bleibt, wirkt das Gelenk 13 als fester Drehpunkt des Hebels
15. Hat nun der Verdichtungsdruck im Brennkraftzylinder i die zur Zündung des Brennstoffes
erforderliche Höhe, so ist die. Kraft der Feder 8 so getroffen, daß dann der Schieber
16 seine obere Lage I erreicht hat. Infolgedessen gelangt nun Druckmittel aus der
Leitung 17 über die Leitung 2,1 in den Raum 2o, und es werden der Kraftkolben 18
und der Kolben 26 der Brennstoffpumpe ig heruntergedrückt. Der im Pumpenraum enthaltene
Brennstoff wird über die Brennstoffdüse 3o eingespritzt. Auf diese Weise wird erreicht,
daß die Brennstoffeinspritzung in dem Moment beginnt, in welchem der erforderliche
Verdichtungsdruck im Brennkraftzylinder i tatsächlich erreicht ist.
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Während des Expansionshubes der Frei-. kolben 3 sinkt der Druck im
Brennkraftzylinder i. Die Feder 8 drückt den Stempel 7 herunter. Sobald der Schieber
16 die Leitung 21 mit der Leitung a2 verbindet, kann das Druckmittel aus dem Raum
2o austreten. Der Doppelkolben 18, 26 wird nun durch den von der Pumpe 27 unter
Druck über das Einlaßventil 29 in den Pumpenraum der Brennstoffpumpe ig eintretenden
Brennstoff bis zum Anschlag an das 4kzenter 31 angehoben, das zum Einstellen des
Hubes des Kolbens 26 und damit zum Einstelen der in den Brennkraftzylinder i einzuspritzenden
Brennstoffmenge dient. Sobald die während der Expansion im Brennkraftzylinder i
nach außen getriebenen Kolben 3 z. B. durch in den Kompressorzylindem 2 für die
Rückführung der Kolben 3 verbleibende Luftkissen oder auf andere Art einwärts getrieben
werden, und die neue Luftladung im Brennkraftzylinder i auf den für die Verbrennung
erforderlichen Kompressionsdruck verdichtet ist, ist der Schieber 16 durch den Stempel?
wieder soweit angehoben, daß durch Verbinden der Leitungen 17, 21 ein neues Spiel
beginnt.
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Der beschriebene Einspritzvorgang wird also ausgelöst, sobald ein
ganz bestimmter Druck im Brennkraftzylinder i erreicht ist. Ist aber im Betrieb
des Treibgaserzeugers infolge veränderlicher Belastung der Druck im Behälter 4 auch
veränderlich, so soll auch die Brennstoffeinspritzung nicht stets bei dem gleichen
Verdichtungsdruck einsetzen. Vielmehr soll der Verdichtungsdruck im Brennkraftzylinder
i, bei dem die Einspritzung beginnt, mit zunehmender Aufladung des Brennkraftzylinders
i ebenfalls höher werden. Dazu dienen nun der Zylinder 9 und der Kolben ir. Steigt
der Druck im Behälter 4, so hebt sich der Kolben ii. Dadurch wird der Drehpunkt
13 nach oben verschoben, was zur Folge hat, daß der Schieber 16 erst später,
d. h. bei höherem Druck, im Zylinder i die Einspritzung auslöst.
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Das Kraftmittel in Fig. 2 ist der Kraftakkumulator, die Feder 35.
Als Steuerorgan dient der Riegel 33, der mit dem Anschlag 34 zusammenarbeitet und
vom Hebel 15 mittels des Winkelhebels 32 betätigt wird. Sobald beim Erreichen des
für die Verbrennung erforderlichen Verdichtungsdruckes im Bretinkraftzylinder i
der Stempel? soweit angehoben ist, daß der Riegel 33 den Anschlag 34 freigibt, erfolgt
unter dem Druck der Feder 35 der Förderhub des Brennstoffpumpenkolbens 26. Zum Spannen
der Feder 35 und zum Anheben des Kolbens 26 der Brennstoffpumpe ig dient der Nocken
36, der auf der Welle 37 des die Freikolben 3 verbindenden Synchronisiergestänges
38 befestigt ist. Der Nocken 36 dreht sich mit der Bewegung der Flugkolben 3 in
der Weise, daß er in der Zeit, vvo im Brennkraftzylinder i der Druck niedrig ist,
die Nockenrolle 39 anhebt. Die Rolle 39
hebt dabei das Gestänge 40,
den Hebel 41, der sich um den festen Drehpunkt 42 dreht. Der Hebel 41 schiebt mittels
des Anschlages 34 den Kolben 26 nach oben, bis der Anschlag 34 so
weit
angehoben ist, daß der Riegel 33 unter den Anschlag .34, wie gezeichnet, heruntergreifen
kann. Dadurch wird nicht nur die Feder 35 gespannt, sondern gleichzeitig saugt der
Kolben 26 Brennstoff durch das Saugventil 43 in den Pumpenraum der Brennstoffpumpe
z9, für die nächstfolgende Einspritzung. Wird beim Kompressionshub im Brennkraftzylinder
z der Impulsgeber 7 so weit angehoben, daß der Riegel 33
den Anschlag 34 freigibt,
so drückt der Kolben 26 den Brennstoff durch das Druckventil 44 und die Brennstoffdüse
30 in den Brennkraftzylinder z, bis der Anschlag 34 auf die Stellschraube 45 des
Hebels 41 auftrifft, der zu der Zeit sich in seiner unteren gestrichelten Stellung
befindet, in welcher der linke Arm des Hebels 4= am Exzenter 31 aufliegt. Die untere
Stellung des Hebels 41 bestimmt den Hub des Kolbens 26 und somit die eingespritzte
Brennstoffmenge und kann durch Verdrehen des Exzenters 31 verändert werden.
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Dem Stempel 7 des Impulsgebers ist in Fig. 3 eine Flüssigkeitssäule
46 vorgelagert, die unter dem Druck der Gase in dem Brennkraftzylinder r bzw. in
der Leitung 5 steht und diesen Druck auf den Stempel 7 überträgt. Dadurch wird eine
Verschmutzung des Zylinders 6 und eine Beeinträchtigung des Stempels 7 durch Verbrennungsrückstände
vermieden. Für die Flüssigkeitssäule 46 kann z. B. ein hitzebeständiges Öl verwendet
werden. Zum Ergänzen der Flüssigkeit der Säule 46 ist eine Pumpe 47 vorgesehen.
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In Fig.4 mündet in die Leitung 5' eine an irgendeine Druckluftquelle
angeschlossene, mittels des Rückschlagventils 48 abgeschlossene Leitung 49. Sobald
der Druck im Brennkraftzylinder genügend gesunken ist, tritt Luft aus der Leitung
49 in die Leitung 5' ein, die dadurch ausgespült wird. Außerdem ist eine Ölpumpe
50 vorgesehen, die zum Speisen der aus Zylinderschmieröl bestehenden Flüssigkeitssäule
46 dient. Das zugeführte Zylinderschmieröl gelangt in die Leitung 5' und wird durch
die die Leitung 5' durchspülende Luft verwirbelt und mitgenommen und in den Brennkraftzylinder
z eingeführt. Die Pumpe 5o kann von der Welle 37 in Fig. 2 oder auf irgendeine andere
Weise angetrieben sein.
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Ferner ist der Stempel 7 des Impulsgebers mit einer Sicherheitsvorrichtung
verbunden, welche beim Überschreiten eines zulässigen Höchstdruckes im Brennkraftzylinder
z die Einspritzung von Brennstoff in diesen Zylinder abstellt. Die Sicherheitsvorrichtung
besteht aus dem Schieber 51, der die Kanäle 52, 53 und 54 steuert, dem Stufenschieber
55 im Gehäuse 56, der durch die Feder 57 entgegen dem Druck des Druckmittels belastet
wird und den Zu- und Abfluß von Druckmittel des Raumes 58 mit dem Kolben 59 regelt,
der den Auslaß 6o der Brennstoffleitung 61 steuert. In der gezeichneten Stellung
des Hebels 15 schließt der Schieber 16 den Kanal 52 von der Leitung 17 ab. Jedesmal
aber wenn der Stempel 7 den Hebel 15 in die Läge z anhebt, wird die vorgenannte
Verbindung geöffnet, und aus der Leitung 17 kann Druckmittel in den Kanal 52, längs
des Schiebers 51 in die Leitung 53 und von dort durch den Schieber 55 in den Raum
58 übertreten, so daß der Kolben 59 die Auslaßöffnung 6o während der Brennstoffeinspritzung
durch den Brenn stoffpumpenkolben 26 fest schließt. Ist aber aus irgendeinem Grunde
im Brennkraftzylinderr der Druck so hoch gestiegen, daß der Stempel 7 den Hebel,
15 über die Lage = hinaus nach oben drückt, so schließt der Schieber 51 nicht den
Druckmittelzüfluß aus der Leitung 17 ab, sondern verbindet die Leitung 53 mit der
Abflußleitung 54. Infolge des sinkenden Druckes in der Leitung 53 wird der Schieber
55 unter der Kraft der Feder 57 nach links hinübergedrückt, bis der Anschlag 62
.am Gehäuse 56 anliegt. Alsdann sperrt der Schieber 55 einerseits die Leitung 53
ab und verbindet andererseits den Raum 58 mit dem Abfluß 63, so daß aus dem Raum
58 Druckmittel entweicht und der Kolben 59 die Abflußöffnung -6o öffnet. Der beim
Förderhub des Brennstoffpumpenkolbens 26 in die Brennstoffleitung 61 geförderte
Brennstoff entweicht durch die Öffnung 6o, und eine Einspritzung durch das Ventil
30 in den Brennkraftzylinder z ist verhindert.
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Die Sicherheitsvorrichtung ist außerdem so getroffen, daß auch wenn
der Druck. im Brennkraftzylinder r zurückgeht, der Stempel 7 und der Schieber 51
sich infolgedessen senken und Druckmittel aus der Leitung 17 durch den Kanal in
die Leitung 53 eintritt, die Abflußöffnung 6o nicht geschlossen wird, da der Schieber
55 den Zutritt von Druckmittel aus der Leitung 53 zum Raum 58 so lange sperrt, bis
der Schieber 55 mittels des Griffes 64 mit der Hand oder auf andere Weise nach rechts
gezogen wird. Dadurch wird nicht nur der Abfluß 63 , abgesperrt, sondern die Verbindung
der Leitung 53 mit dem Raum 58 geöffnet, der Schieber 55 und der Kolben 59 erneut
vom Druckmittel belastet und die Öffnung 6o geschlossen.
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In Fig. 5 ist der Stempel 7 mit einem Rückschlagventil 65 versehen,
das Luft zum Durchspülen der Leitung 5' aus der Leitung 66 in den Zylinderraum6
austreten läßt, sobald der Druck im Brennkraftzylinder z genügend gesunken ist.
Das Schmiermittel für den Stempel 7 wird den Nuten 67 zugeführt. Die Luftzuführung
durch den Stempel ? selbst ermöglicht, auch wenn Verbrennungsrückstände in den Zylinder
6 gelangen würden, daß diese weggeblasen werden und eine Verschmutzung der Lauffläche
des Stempels 7 vermieden wird.
maschine austretenden Treibgases
verstellt wird.
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7. Freikolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Stempel des Impulsgebers eine Flüssigkeitssäule vorgelagert ist, die zur Übertragung
des Verdichtungsdruckes im Brennkraftzylinder auf diesen Stempel dient.
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B. Freikolbenmaschine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß
die den Impulsgeber mit dem Brennraum des Brennkraftzylinders verbindende Leitung
mit einem selbsttätig 'arbeitenden, an eine Druckluftquelle angeschlossenen Rückschlagventil
versehen ist, zum Zweck, diese Verbindungsleitung bei niedrigstem Druck im Brennraum
durchspülen zu können.
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g. Freikolbenmaschine nach den Ansprüchen i und 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rückschlagventil im Stempel des Impulsgebers angeordnet ist.
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=o. Freikolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß
der Impulsgeber eine Sicherheitsvorrichtung betätigt, welche beim Überschreiten
eines zulässigen Höchstdruckes im Brennkraftzylinder die Brennstoffeinspritzung
in denselben verhindert.
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=i. Freikolbenmaschine nach den Ansprüchen i und =o, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sicherheitsvorrichtung einen in die zum Einspritzventil führende Brennstoffleitung
eingeschalteten Auslaß steuert. -12. Freikolbenmaschine nach den Ansprüchen i und
=o, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsvorrichtung in Abhängigkeit vom Druck
im Brennkraftzylinder selbsttätig lediglich ein Abschalten der Brennstoffeinspritzung
bewirkt, das Wiedereinschalten der Brennstoffeinspritzung dagegen willkürlich, z.
B. von Hand, erfolgt.