WO2002066806A1

WO2002066806A1 - Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: WO2002066806A1
Application number: PCT/EP2001/001907
Authority: WO
Inventors: Finn Quordrup Jensen
Original assignee: Man B & W Diesel A/S
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-29

Abstract

Bei einer Hubkolbenmaschine mit wenigstens einem in einem zugeordneten Zylinder (4) angeordneten Arbeitskolben (5), dem ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem ersten, an den Arbeitskolben (5) angehängten Hydraulikkolben (8) zugeordnet ist, der mit einer verschiebbaren Hydraulikflüssigkeitssäule zusammenwirkt, wobei an den Arbeitskolben (5) ein erster Hydraulikkolben (8) angehängt ist, lässt sich dadurch eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit erreichen, dass eine Leckflüssigkeitsausgleichseinrichtung (44) vorgesehen ist, wobei die Hydraulikflüssigkeitssäule über eine auf- und absteuerbare Nachschubleitung (46) an einen Speicher (45) für vorgespannte Hydraulikflüssigkeit anschliessbar ist und wobei die Nachschubleitung (46) ausschliesslich mittels des an den Arbeitskolben (5) angehängten, ersten Hydraulikkolben (8) aufsteuerbar ist, wenn dieser eine vorgegebene Position, vorzugsweise die dem Ende des Arbeitshubs des Arbeitskolbens (5) zugeordnete Umkehrposition, überfährt.

Description

Hubkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit wenigstens einem in einem zugeordneten Zylinder angeordneten Arbeitskolben, dem ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem ersten, an den Arbeitskolben angehängten Hydraulikkolben zugeordnet ist, der mit einer verschiebbaren Hydraulikflüssigkeitssäule zusammenwirkt.

Bei Anordnungen dieser Art muß vielfach mit einer Leckage von Hydraulikflüssigkeit gerechnet werden, was zu einem Mangel ah Hydraulikflussigkeit im Hydrauliksystem führt.

Aus der DE-OS 21 03 348 ist eine Anordnung eingangs erwähnter Art bekannt. Eine Einrichtung zum Ausgleich von Leckverlusten von Hydraulikflüssigkeit ist hierbei jedoch nicht vorgesehen. Bei der bekannten Anordnung kann es daher in Folge von Leckverlusten von Hydraulikflüssigkeit, wie eingangs bereits erwähnt wurde, zu einem Mangel an Hydraulikflüssigkeit im hiervon betroffenen Hydrauliksystem kommen. Die Folge davon ist, dass der jeweils zugeordnete Arbeitskolben außer Position gelangt. Bei der bekannten Anordnung sind in jedem Zylinder zwei gegenläufig arbeitende Arbeitskolben vorgesehen. Ein Leckverlust von Hydraulikflüssigkeit führt dabei nicht nur zu einer falschen Position des betroffenen Arbeitskolbens, sondern bringt gleichzeitig auch den Gegenkolben außer Position. Sofern jedoch einer der Arbeitskolben außer Position gelangt, sind Betriebsstörungen zu befürchten. Die bekannte Anordnung erweist sich daher als nicht zuverlässig genug.

Aus der DE 36 20 682 A1 ergibt sich ein Freikolbenmotor mit einem elektronischen Steuersystem, das einen Leckausgleich bewerkstelligen kann. Dabei wird der Positions-Ist-Wert des Kolbens mittels eines geeigneten Sensors abgetastet und einem Rechner zugeführt, der aus der Abweichung gegenüber einem vorgegebenen Soil-Wert ein Stellsignal für ein Speicherventil bildet. Eine elektronische Anordnung dieser Art ist vergleichsweise aufwendig. Außerdem erweisen sich elektronische Anordnungen vorliegender Art sehr anfällig gegen Störungen, die von elektronischen Geräuschen, Temperaturschwankungen, Erschütterungen etc. herrühren können. Auch diese bekannte Anordnung erweist sich daher als nicht zuverlässig genug.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln einen Leckausgleich von Hydraulikflüssigkeit zu ermöglichen und dabei eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hydraulikflüssigkeitssäule über eine auf- und absteuerbare Nachschubleitung an einen Speicher für vorgespannte Hydraulikflüssigkeit anschließbar ist und dass die Nachschubleitung ausschließlich mittels des an den Arbeitskolben angehängten Hydraulikkolbens aufsteuerbar ist, wenn dieser eine vorgegebene Position überfährt.

Durch diese Maßnahmen werden die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen zuverlässig vermieden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben in vorteilhafter Weise eine durch die betroffene Kolbenanordnung auf mechanische Weise direkt betätigbare Leckausgleichseinrichtung. Hierdurch ist auch bei äußerst robusten Einsatzverhältnissen, was Temperatur, Erschütterungen etc. anbelangt, eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit gewährleistet. Auch Druckänderungen im Hydrauliksystem sind in vorteilhafter Weise ohne Einfluss. Der an den Arbeitskolben angehängte, erste Hydraulikkoben wirkt auf der dem Arbeitskolben gegenüberliegenden Seite, nicht mit einem eine mechanische Anlage bildenden Organ zusammen, so dass im Falle eines Flüssigkeitsmangels im zugeordneten Hydrauliksystem eine merkbare Fehlposition zu erwarten ist, was die direkte Steuerung der Nachschubleitung erleichtert. Diese wird daher bei Flüssigkeitsmangel zuverlässig geöffnet und ist nach erfolgtem Ausgleich dieses Flüssigkeitsmangels zuverlässig geschlossen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So ist zweckmäßig vorgesehen, dass der erste Hydraulikkolben die Nachschubleitung beim Überfahren seiner bei ordnungsgemäßem Betrieb dem Ende des Arbeitshubs des zugeordneten Arbeitskolbens zugeordneten Umkehrposition aufsteuert. In dieser Umkehrposition ist der Druck im zugeordneten Hydrauliksystem am geringsten, was das Einbringen von Ausgleichsflüssigkeit erleichtert.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die Nachschubleitung mittels eines achsparallel zum ersten Hydraulikkolben angeordneten Steuerschiebers auf- und absteuerbar ist, der in einer zugeordneten, die Nachschubleitung kreuzenden Schieberbohrung aufgenommen ist und mit der Nachschubleitung zumindest teilweise zur Deckung bringbare Elemente eines von der Nachschubleitung zur Hydraulikflüssigkeitssäule führenden Strömungswegs enthält. Der Steuerschieber fungiert hier praktisch als mechanischer Taster, der vom zugeordneten ersten Hydraulikkolben berührt und verschoben wird, sobald dieser in Folge von Flüssigkeitsmangel im zugeordneten Hydrauliksystem außer Position gelangt. Die genannten Maßnahmen ergeben daher eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit.

Zweckmäßig ist der Druck im Speicher größer als der Druck in der Flüssigkeitssäule, wenn der erste Hydraulikkolben die dem Ende des Arbeitshubs des zugeordneten Arbeitskolbens zugeordnete Umkehrposition erreicht. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei geöffneter Nachschubleitung innerhalb kürzester Zeit automatisch ein Leckausgleich erfolgt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Zweitakt-Dieselmotor,

Figur 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer

Leckausgleichseinrichtung mit einem vom ersten Hydraulikkolben betätigbaren Steuerschieber,

Figur 3 eine von der Figur 2 abgeleitete Ausführung mit verstellbarem

Steuerschieber und

Figur 4 einen Schnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer

Leckausgleichseinrichtung, bei der der erste Hydraulikkolben selbst als Steuerschieber ausgebildet ist.

Die in Figur 1 dargestellte, als Zweitakt-Dieselmotor ausgebildete Hubkolbenmaschine besitzt ein Gehäuse 1 mit einem kastenförmigen Unterteil, in welchem eine über die ganze Länge durchgehende Welle 2 gelagert ist, bei der es sich im vorliegenden Fall um eine Abtriebswelle handelt. Auf der Welle 2 ist wenigstens eine drehschlüssig hiermit zusammenwirkende Nockenscheibe 3 aufgenommen. Diese ist einfach auf die Welle 2 aufgeschrumpft. Sie könnte aber auch mittels einer hier nicht näher dargestellten Kupplungseinrichtung drehschlüssig mit der Welle 2 kuppelbar sein.

Jeder Nockenscheibe 3 sind zwei in einem gemeinsamen Zylinder 4 angeordnete, gegenläufige Arbeitskolben 5 zugeordnet, die einen Brennraum 6 begrenzen und die über ein jeweils zugeordnetes Hydrauliksystem antriebsmäßig mit der Nockenscheibe 3 zusammenwirken, das heißt die im Brennraum 6 erzeugte Leistung wird von den Arbeitskolben 5 über ein jeweils zugeordnetes Hydrauliksystem auf die Nockenscheibe 3 überführt. Die den beiden Arbeitskolben 5 zugeordneten Hydrauliksysteme sind vollständig voneinander getrennt. Der Zylinder 4 ist mit liegender Achse und bezüglich der Nockenscheibe 3 mittig auf dem oben erwähnten Unterteil des Gehäuses 1 aufgenommen.

Die beiden voneinander getrennten Hydrauliksysteme umfassen jeweils einen koaxial zum jeweils zugeordneten Arbeitskolben 5 angeordneten, durch eine starre Verbindungsstange 7 hiermit verbundenen, ersten Hydraulikkolben 8, der in einem zugeordneten, ersten Hydraulikzylinder 9 angeordnet ist. Jeder erste Hydraulikzylinder 9 ist über eine durch eine Rohrleitung oder Schlauchleitung gebildete Hydraulikleitung 10 mit einem zweiten Hydraulikzylinder 11 verbunden, in welchem ein zweiter Hydraulikkolben 12 angeordnet ist, der über ein jeweils zugeordnetes, am Umfang der Nockenscheibe 3 anliegendes Anlaufelement 13 mit der Nockenscheibe 3 zusammenwirkt. Die Hydraulikzylinder 9, 11 sind am Gehäuse 1 angebracht. Die beiden, zu den beiden Hydrauliksystemen gehörenden Anlaufelemente 13 sind gegeneinander versetzten Umfangsbereichen der Nockenscheibe 3 zugeordnet, hier diametral einander gegenüberliegend angeordnet und zwar so, dass sie beim Abfahren der Umfangskontur der Nockenscheibe 3 gegenläufige Bewegungen ausführen. Dementsprechend führen auch die beiden zweiten Hydraulkkolben 12 gegenläufige Bewegungen aus. Die Gegenläufigkeit der Arbeitskolben 5 sowie der Hydraulikkolben 8 bzw. 12 gewährleistet ohne zusätzliche Maßnahmen einen zuverlässigen Massenausgleich.

Die Anlaufelemente 13 können selbstverständlich auch gegenüber der dargestellten, einander diametral gegenüberliegenden Position versetzt sein, um den Kolbenhub und/oder Motortakt zu beeinflussen und so optimale Betriebswerte zu erreichen.

Die Anlaufelemente 13 sind hier zur Vermeidung von Gleitreibung als drehbar gelagerte Rollen ausgebildet. Diese sind auf einem jeweils zugeordneten Tragorgan 14 aufgenommen, das hierzu mit einer zur Welle 2 parallelen Achse 15 versehen ist, auf der die jeweils zugeordnete Rolle drehbar gelagert ist. Die Tragorgane 14 sind in quer zur Welle 2 verlaufender Richtung verschiebbar gelagert, so dass das jeweils zugeordnete Anlaufelement 13 der Kontur der Nockenscheibe 3 folgen kann. Zweckmäßig sind die Anlauforgane 14 hierzu nach Art eines Kolbens in einer jeweils zugeordneten, gehäusefesten Büchse 16 verschiebbar gelagert.

Die Tragorgane 14 besitzen jeweils einen dem zugeordneten Anlaufelement 13 gegenüberliegenden, zapfenförmigen Ansatz 17, an welchem der jeweils zugeordnete, zweite Hydraulikkolben 12 lose anliegt. Zweckmäßig wird der Ansatz 17 vom zugeordneten, zweiten Hydraulikkolben 12 topfartig übergriffen. Die zweiten Hydraulikkolben 12 werden durch den hydraulischen Druck in der von ihnen jeweils begrenzten Hydraulikkammer in axialer Richtung in Anlage am jeweils zugeordneten Ansatz 17 gehalten. Infolge der losen Anlage besitzen die zweiten Hydraulikkolben 12 in radialer Richtung Bewegungsfreiheit gegenüber dem jeweils zugeordneten Ansatz 17.

Im dargestellten Beispiel entspricht der Durchmesser der ersten Hydraulikkolben 8 dem erwähnten Durchmesser der zweiten Hydraulikkolben 12. Zur Erzielung einer Übersetzung ist der Durchmesser der ersten Hydraulikkolben 8 jedoch zweckmäßig kleiner als der Durchmesser der zweiten Hydraulikkolben 12. In jedem Fall gilt aber, dass die genannten Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Arbeitskolben 5 vergleichsweise klein sein können.

Als Hydraulikmedium kann einfach Schmieröl verwendet werden. Das hat den Vorteil, dass nicht vermeidbares Lecköl nicht aufgefangen und in einen separaten Behälter zurückgeführt werden muss, sondern einfach in den allgemeinen, im unteren Bereich des Gehäuses 1 vorhandenen Ölsumpf abtropfen kann. Hierzu kann das Gehäuse 1 mit den im oberen Gehäusebereich angeordneten, ersten Hydraulikzylindern 9 zugeordneten Durchbrüchen 18 versehen sein. Das Lecköl der zweiten Hydraulikzylinder 11 kann über die in das Gehäuseunterteil hineinragenden Büchsen 16 abtropfen. Selbstverständlich könnten auch diese mit geeigneten Durchbrüchen 18 versehen sein. Im dargestellten Beispiel liegt, wie oben schon erwähnt, eine Hubkolbenmaschine in Form eines Zweitakt-Dieselmotors vor. Der Zylinder 4 der Arbeitskolben 5 ist dementsprechend mit Einlaßschlitzen 21 und Auslaßschlitzen 22 sowie mit einer Brennstoff-Einspritzeinrichtung 23 versehen. Die Ein- und Auslaßschlitze 21 ,22 sind so voneinander distanziert, dass sie von jeweils einem der beiden Arbeitskolben 5 gesteuert werden. Im dargestellten Beispiel werden die Einlaßschlitze 21 vom rechten Arbeitskolben 5 und die Auslaßschlitze 22 vom linken Arbeitskolben 5 gesteuert. Die Ein- und Auslaßschlitze 21 ,22 sind dabei so positioniert, dass sie geöffnet sind, wenn sich die gegenläufigen Arbeitskolben 5 in ihren voneinander entfernten, d.h. den Arbeitshub beendenden Umkehrpositionen befinden. Die beiden Arbeitskolben 5 sind bis auf einen kleinen Abstand, der dem kleinsten Volumen des Brennraums 6 entspricht, aneinander annäherbar. Diese Situation liegt der Zeichnung zugrunde. In diesem von den Arbeitskolben 5 nicht überfahrenen Bereich ist die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 23 positioniert. Dieser Bereich entspricht praktisch der Mitte des Zylinders 4. Die Brennstoff- Einspritzeinrichtung 23 kann aus einer oder mehreren, über den Umfang verteilten Einspritzdüsen stehen.

Die Arbeitskolben 5 werden durch den im Brennraum 6 erzeugten Verbrennungsdruck bewegt. Mit den Arbeitskolben 5 bewegen sich die starr hiermit verbundenen ersten Hydraulikkolben 8, deren Bewegung über die zwischen den ersten Hydraulikkolben 8 und den zweiten Hydraulikkolben 12 jeweils vorhandene Flüssigkeitssäule auf die zweiten Hydraulikkolben 12 übertragen wird. Diese stützen sich unter der Wirkung des Hydraulikdrucks unter Vermittlung der Tragorgane 14 und deren Anlaufelemente 13 an der Nockenscheibe 3 ab, wodurch diese in Drehung versetzt wird. Die Rückführbewegung wird durch die rotierende Nockenscheibe 3 bewerkstelligt, die unter Vermittlung der Anlaufelemente 13 und der diesen zugeordneten Tragorgane 14 die zweiten Hydraulikkolben 12 verschiebt, deren Bewegung über die Flüssigkeitssäule auf die ersten Hydraulikkolben 8 und von diesen über die Stangen 7 auf die Arbeitskolben 5 übertragen wird. Durch den Druck im Brennraum 6, der bei Beendigung des Arbeitshubs praktisch dem um die durch das Verhältnis der Kolbenflächen bewirkte Übersetzung erhöhten Druck der durch die Einlaßschlitze 21 zugeführten Luft entspricht, wird dabei ein Abreißen der Flüssigkeitssäule vermieden.

Durch im Bereich der den beiden Arbeitskolben 5 zugeordneten Hydrauliksysteme vorkommende Leckagen oben bereits erwähnter Art kann es zu einem Flüssigkeitsmangel in den Hydrauliksystemen und damit zu Fehlpositionen der Arbeitskolben 5 kommen. Um dies zu verhindern, ist, wie Figur 1 weiter zeigt, eine Leckausgleichseinrichtung 44 vorgesehen. Diese enthält einen Speicher 45 für vorgespannte Hydraulikflüssigkeit. Der Druck im Speicher 45 ist dabei zweckmäßig größer als der Druck in den Hydrauliksystemen, wenn sich der erste Hydraulikkolben 8 in der dem Ende des Arbeitshubs des zugeordneten Arbeitskolbens 5 zugeordneten Umkehrposition befindet. Bei Zweitakt- Dieselmotoren hier vorliegender Art ist der Druck im Speicher 45 zweckmäßig größer als der unter Berücksichtigung der durch das Verhältnis der Kolbenflächen von Arbeitskolben 5 und erstem Hydraulikkolben 8 gegebenen Übersetzung vom Druck der dem Brennraum 6 über die geöffneten Einlaßschlitze 21 zugeführten Luft in der Hydraulikflüssigkeitssäule hervorgerufene Druck. Jedem Hydrauliksystem ist eine vom Speicher 45 abgehende Nachschubleitung 46 zugeordnet, über die im Falle eines Leckverlusts dieser zuverlässig ausgleichbar ist.

Im Falle eines Flüssigkeitsmangels in einem Hydrauliksystem fährt der zugeordnete, erste Hydraulikkolben 8 über die dem Ende des Arbeitshubs des fest hiermit verbundenen Arbeitskolbens 5 zugeordnete Umkehrposition hinaus. Der erste Hydraulikkolben 8 wirkt nämlich diesbezüglich im Gegensatz zum zweiten Hydraulikkolben 12, der über das zugeordnete Anlageelement 13 an der Nockenscheibe 3 abgestützt ist, nicht mit einem starren Stützelement zusammen. Andererseits ist der erste Hydraulikkolben 8 fest mit dem zugeordneten Arbeitskolben 5 verbunden, so dass eine synchrone Bewegung von Arbeitskolben 5 und zugeordnetem erstem Hydraulikkolben 8 erfolgt. Die Leckausgleichseinrichtung 44 ist dementsprechend so ausgebildet, dass eine Nachschubleitung 46 aufgesteuert wird, wenn der zugehörige, erste Hydraulikkolben 8 eine vorgegebene Position, zweckmäßig die bei ungestörtem Betrieb dem Ende des Arbeitshubs des zugeordneten Arbeitskolbens 5 zugeordnete Umkehrposition, überfährt.

Hierzu enthält die Leckausgleichseinrichtung 44 bei der Ausführung gemäß Figur 2 einen achsparallel, hier koaxial zum ersten Hydraulikkolben 8 angeordneten Steuerschieber 47, der in einer das zugeordnete Ende der Nachschubleitung 46 kreuzenden Schieberbohrung 48 eines Ansatzes 49 eines den ersten Hydraulikzylinder 9 enthaltenden Bauteils 50 angeordnet ist, das, wie aus Figur 1 erkennbar ist, lösbar am Gehäuse 1 anbringbar sein kann. Das von der Schieberbohrung 48 geschnittene Ende der Nachschubleitung 46 ist als Anschlussbohrung 51 in Form einer Radialbohrung des Ansatzes 49 ausgebildet. Der die zugeordnete Schieberbohrung 48 durchsetzende Steuerschieber 47 ragt mit seinem einen, in Figur 2 links gezeichneten Ende in den vom ersten Hydraulikkolben 8 begrenzten, der Hydraulikflüssigkeitssäule zugeordneten Raum des ersten Hydraulikzylinders 9 und mit seinem gegenüberliegenden, hier rechten Ende in eine im Ansatz 49 vorgesehene Kammer 52 hinein.

Das in die Kammer 52 hineinragende Ende des Steuerschiebers 47 ist mit einem durch eine radiale Erweiterung gebildeten Ventilelement 53 versehen, das eine konische Dichtfläche 54 aufweist, der ein im Bereich des kammerseitigen Eingangs der Schieberbohrung 48 vorgesehener, konischer Ventilsitz 55 zugeordnet ist. Das Ventilelement 53 wird mittels einer in der Kammer 52 angeordneten Feder 56 mit seiner Dichtfläche 54 an den zugeordneten Ventilsitz 55 angepresst. Der Steuerschieber 47 besitzt ferner eine unmittelbar an seine Dichtfläche 54 anschließende Ringnut 57, die mit der das zugeordnete Ende der Nachschubleitung 46 bildenden Anschlussbohrung 51 des Ansatzes 49 kommuniziert. Der Steuerschieber 47 besitzt hier außerdem ein die Kammer 52 mit dem vom ersten Hydraulikkolben 8 begrenzten Innenraum des ersten Hydraulikzylinders 9 und dementsprechend mit der zwischen erstem Hydraulikkolben 8 und zweitem Hydraulikkolben 12 vorhandenen Hydraulikflüssigkeitssäule verbindendes Bohrungssystem in Form einer durchgehenden Axialbohrung 58 und einer dem dem ersten Hydraulikkolben 8 zugewandten Schieberende benachbarten Querbohrung 59. Zusätzlich oder alternativ könnte die Kammer 52 auch durch eine neben der Schieberbohrung 48 vorgesehene weitere Bohrung mit der Hydraulikflüssigkeitssäule verbunden sein, wie in Figur 2 durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist.

Der Durchmesser der Schieberbohrung 48 und des dieser zugeordneten, durch die Ringnut 57 begrenzten Bereichs des Steuerschiebers 47 entspricht dem inneren Durchmesser des Ventilsitzes 55, so dass der Druck in der Anschlussleitung 46 keine Verschiebung des Steuerschiebers 47 bewirken kann. Ebenso kann auch der Druck in der Hydraulikflüssigkeitssäule keine Positionsänderung des Stuerschiebers 47 bewirken. Dieser soll ausschließlich durch den an den Arbeitskolben 5 angehängten ersten Hydraulikkolben 8 betätigt werden, wenn dieser eine vorgegebene Position überfährt und an den Steuerschieber 47 anstößt.

Die Länge des Steuerschiebers 47 ist zur Bewerkstelligung eines Leckausgleichs so bemessen, dass er bei an den Ventilsitz 55 angepresster Dichtfläche 54 mit seinem dem ersten Hydraulikkolben 8 zugewandten Ende bis zu der bei normalem, ordnungsgemäßem Betrieb dem Ende des Arbeitshubs des zugeordneten Arbeitskolbens 5 entsprechenden Umkehrposition einer zugewandten Anlauffläche des ersten Hydraul ikkolbens 8, hier bis zur in Figur 2 durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Umkehrposition der zugewandten Stirnseite des ersten Hydraulikkolbens 8, reicht. Sofern in Folge einer Leckage im zugeordneten Hydrauliksystem zu wenig Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist, fährt der fest mit dem zugeordneten Arbeitskolben 5 verbundene, erste Hydraulikkolben 8 über die genannte Umkehrposition, in Figur 2 nach rechts, hinaus.

Dabei läuft der erste Hydraulikkolben 8 mit seiner dem Steuerschieber 47 zugewandten Stirnseite auf diesen auf und bewegt diesen um ein von der fehlenden Flüssigkeitsmenge abhängiges Maß nach rechts. Dabei wird das Ventilelement 53 mit seiner Dichtfläche 54 vom zugeordneten Ventilsitz 55 abgehoben, wodurch ein Strömungsweg von der Nachschubleitung 46 über die Ringnut 57 des Steuerschiebers 47 zur Kammer 52 und von dieser über das Bohrungssystem des Steuerschiebers 47 etc. zur Flüssigkeitssäule zwischen erstem Hydraulikkolben 8 und zweitem Hydraulikkolben 12 geöffnet wird. Die Länge der Nut 57 ist zweckmäßig so bemessen, dass auch bei vergleichsweise großem Flüssigkeitsmangel, d.h. bei vergleichsweise großem Verschiebeweg des Steuerschiebers 47, der oben genannte Strömungsweg geöffnet bleibt. Da der Druck im Speicher 45, wie oben schon erwähnt wurde, größer als der zugeordnete Druck im Hydrauliksystem ist, erfolgt über die Nachschubleitung 46 eine zuverlässige, schnelle Nachfüllung der fehlenden Hydraulikflüssigkeit.

Um den Aufschlag des ersten Hydraulikkolbens 8 auf den Steuerschieber 47 zu dämpfen, kann eine in Figur 2 lediglich schematisch angedeutete Dämpfungseinrichtung 65, z.B. in Form einer Feder eines Polsters, einer Verdrängungs-Stoßdämpferanordnung oder dergleichen vorgesehen sein.

Durch eine Veränderung der Länge des Steuerschiebers 47 und/oder eine Veränderung der Position der ganzen Schieberanordnung können in vorteilhafter Weise der Volumeninhalt und dementsprechend die Länge der Flüssigkeitssäule zwischen erstem und zweitem Arbeitskolben 8 bzw. 12 und damit die Umkehrposition der aus erstem Hydraulikkolben 8 und Arbeitskolben 5 bestehenden Doppelkolbenanordnung verlegt werden. Dies ermöglicht eine Beeinflussung des Kolbenhubs und damit eine Phasenverstellung mit Veränderung des Verdichtungsverhältnisses im Brennraum 6. Dieses kann auf diese Weise an die momentane Last angepasst werden. Hierdurch kann daher auch bei Teillast eine gute Verbrennung erreicht werden, wodurch der Brennstoffverbrauch minimiert werden kann. Mit den genannten Maßnahmen lassen sich somit optimale Betriebswerte erreichen. Die Dimension der Ein- und Auslaßschlitze 21 ,22 ist dabei zweckmäßig so auf den gegebenen Stellbereich abgestimmt, dass in jedem Fall ein ausreichender Schlitzquerschnitt geöffnet wird.

I - Die Figur 3 enthält ein Beispiel für die Verwirklichung der vorstehend erwähnten

Maßnahme mit einer Einrichtung z.B. zur lastabhängigen Veränderung der

Position der Stuerschieberanordnung. Dabei ist im Unterschied zu Figur 2 der der

Steuerschieberanordnung zugeordnete, gehäuseseitige Ansatz 49 mit einem gegenüber dem stationären Maschinengehäuse in der durch einen Doppelpfeil angegebenen Richtung verschiebbaren Einsatz 47a versehen, auf dem der

Steuerschieber 47 aufgenommen ist. Im dargestellten Beispiel ist der

Steuerschieber 47 koaxial zum ihn aufnehmenden Einsatz 47a angeordnet. Der Einsatz 47a ist dementsprechend mit der vom Steuerschieber 47 durchgriffenen Schieberbohrung 48, mit der Kammer 52 sowie mit dem am kammerseitigen Eingang der Schieberbohrung 48 angeordneten Ventilsitz 55 versehen. Der Steuerschieber 47 ist wie bei der Ausführung gemäß Figur 2 gestaltet und wird durch die in der Kammer 52 angeordnete Feder 56 mit seinem Ventilteil 53 gegen den Ventilsitz 55 gepresst. Der Einsatz 47a ist ferner mit einer mit der Anschlussbohrung 51 des gehäuseseitigen Ansatzes 49 kommunizierenden, der Ringnut 57 des Steuerschiebers 47 zugeordneten, als Radialbohrung ausgebildeten Anschlussbohrungsverlängerung 51a versehen. Im Bereich der einander zugewandten Enden der genannten Bohrungen von Ansatz 49 bzw. Einsatz 47a ist eine durch eine Nut oder dergleichen gebildete Querschnittserweiterung 51 b vorgesehen, die so dimensioniert ist, dass innerhalb des gesamten Stellbereichs des Einsatzes 47a eine Strömungsverbindung besteht. Zum Verstellen des Einsatzes 47a ist dieser im dargestellten Beispiel mit einem vorstehenden Arm 47b versehen, an dem ein z.B. lastabhängig bewegbarer Stellmechanismus angreifen kann. Es genügt, wenn der Stuerschieber 47 einer Seite der Leckausgleichseinrichtung 44 verstellbar ist. Zweckmäßig sind jedoch beide Steuerschieber 47 des der Figur 1 zugrundeliegenden Aggregats mit zwei Arbeitskolben 5 verstellbar.

Die Figur 4 zeigt eine Alternative zu Figur 2, bei der der erste Hydraulikkolben 8 gleichzeitig als der Nachschubleitung 46 zugeordneter Steuerschieber fungiert, d.h. der erste Hydraulikkolben 8 ist mit einem als Steuerschieber 60 ausgebildeten Bereich versehen. Der zugeordnete, erste Hydraulikzylinder 9 ist mit einer das Ende der Nachschubleitung 46 bildenden radialen Anschlußbohrung 61 versehen. Der den Steuerschieber 60 bildende Bereich des ersten Hydraulikkolbens 8 enthält eine Ringnut 62, die mit der Anschlußbohrung 61 kommuniziert, sofern der fest mit dem zugeordneten Arbeitskolben 5 verbundene, erste Hydraulikkolben 8 und mit diesem sein den Steuerschieber 60 bildender Bereich über die der Figur 4 zugrunde liegende, dem Ende des Arbeitshubs des Arbeitskolbens 5 zugeordnete Umkehrposition, hier ebenfalls nach rechts, hinaus fährt.

Solange im zugeordneten Hydrauliksystem die richtige Flüssigkeitsmenge vorhanden ist, ergibt sich keine Überschneidung zwischen Anschlußbohrung 61 und Ringnut 62. Von der Ringnut 62 geht ein zur zwischen erstem Hydraulikzylinder 8 und zweitem Hydraulikzylinder 12 vorgesehenen Flüssigkeitssäule führendes Bohrungssystem in Form einer Radialbohrung 63 und Axialbohrung 64 ab. Sobald es zu einer Überschneidung zwischen Anschlußbohrung 61 und Ringnut 62 kommt, wird ein Strömungsweg von der Nachschubleitung 46 zur zugeordneten Flüssigkeitssäule zwischen erstem und zweitem Hydraulikkolben 8, 12 geöffnet, wodurch ein Leckausgleich erfolgen kann. Die Länge des den Steuerschieber 60 bildenden Bereichs des ersten Hydraulikkolbens ist zur Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen Nachschubleitung 46 und Hydraulikflüssigkeitssäule so bemessen, dass die Entfernung des hinteren, von Arbeitskolben 5 abgewandten Stirnseite von der Ringnut 62 größer als der bei h angedeutete Kolbenhub ist. Dasselbe gilt für die Entfernung des vorderen, dem Arbeitskolben 5 zugewandten Endes des ersten hydraulikzylinders 9 von der der Figur 4 zugrunde liegenden Position der Ringnut 62.

Auch bei der Ausführung gemäß Figur 4 kann eine Hub- und Phasenverstellung erreicht werden, indem hier die Länge des als Steuerschieber 60 fungierenden Bereichs des ersten Hydraulikkolbens 8 verändert wird. Ebenso wäre es denkbar, die Position der Anschlußbohrung 61 und/oder der Ringnut 62 zu verändern.

Vorstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Zweitakt-Dieselmotors näher erläutert, ohne dass jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. So wäre es beispielsweise auch möglich, die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine als Kompressor auszubilden. In diesem Fall müsste die Welle 2 angetrieben werden. Der Zylinder 4 wäre mit zweckmäßig mittig positionierten Ein- und Auslaßventilen zu versehen. Außerdem sollte dabei zur Vermeidung von Vakuum in den Hydrauliksystemen den Arbeitskolben 5 eine Rückführeinrichtung zugeordnet sein, die die Arbeitskolben 5 beim Saughub mit Kraft beaufschlagt. Dasselbe gilt auch, wenn anstelle der dargestellten Zweitaktbauweise eine Viertaktbauweise vorgesehen wird. Zur Bildung der Rückführeinrichtung kann eine Federanordnung etc. vorgesehen sein. Es wäre aber auch denkbar bereits vorgespannte Luft anzusaugen.

Claims

Patentansprüche

1. Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem in einem zugeordneten Zylinder (4) angeordneten Arbeitskolben (5), dem ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem ersten, an den Arbeitskolben (5) angehängten Hydraulikkolben (8) zugeordnet ist, der mit einer verschiebbaren Hydraulikflüssigkeitssäule zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikflüssigkeitssäule über eine auf- und absteuerbare Nachschubleitung (46) an einen Speicher (45) für vorgespannte Hydraulikflüssigkeit anschließbar ist und dass die Nachschubleitung (46) ausschließlich mittels des an den Arbeitskolben (5) angehängten ersten Hydraulikkolbens (8) aufsteuerbar ist, wenn dieser eine vorgegebene Position überfährt.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydraulikkolben (8) die Nachschubleitung (46) beim Überfahren seiner bei ordnungsgemäßem Betrieb dem Ende des Arbeitshubs des zugeordneten Arbeitskolbens (5) zugeordneten Umkehrposition aufsteuert.

3. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschubleitung (46) mittels eines achsparallel zum ersten Hydraulikkolben (8) angeordneten Steuerschiebers (47;60) auf- und absteuerbar ist, der in einer zugeordneten, das zugeordnete Ende der Nachschubleitung (46) kreuzenden Schieberbohrung aufgenommen ist und mit der Nachschubleitung (46) zumindest teilweise zur Deckung bringbare Elemente eines von der Nachschubleitung (46) zur Hydraulikflüssigkeitssäule führenden Stömungswegs enthält.

4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (47) mit seinem einen Ende in einem dem ersten Hydraulikzylinder (8) zugeordneten ersten Hydraulikzylinder (9) und mit seinem anderen Ende in eine diesem benachbarte Kammer (52) hineinragt und dort mit einem eine Dichtfläche (54) aufweisenden Ventilelement (53) versehen ist, das mittels einer Federanordnung (56) an einen am kammerseitigen Eingang der Schieberbohrung (48) angeordneten Ventilsitz (55) anpressbar ist, dass der Steuerschieber (47) eine an seine Dichtfläche (54) anschließende, mit der Nachschubleitung (46) kommunizierende Ringnut (57) aufweist und dass der Steuerschieber (47) bei in Anlage am Ventilsitz (55) gehaltenem Ventilelement (53) mit seinem dem ersten Hydraulikkolben (8) zugewandten Ende bis zu der dem Ende des Arbeitshubs des zugeordneten Arbeitskolbens (5) zugeordneten Umkehrposition einer zugewandten Anlauffläche des ersten Hydraulikkolbens (8) reicht.

5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die

Federanordnung (56) in der Kammer (52) angeordnet ist.

6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (47) eine die Kammer (52) mit der verschiebbaren Flüssigkeitssäule verbindende Bohrungsanordnung (58,59) aufweist

7. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (47) eine durchgehende Axialbohrung (58) und wenigstens eine im Bereich des dem ersten Hydraulikkolben (8) zugewandten Endes vorgesehene Querbohrung (59) aufweist.

8. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Schieberbohrung (48) und des dieser zugeordneten Bereichs des Steuerschiebers (47) dem inneren Durchmesser des Ventilsitzes (55) entspricht.

9. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (52) in einem Ansatz (49) eines den ersten Hydraulikzylinder (9) enthaltenden Gehäuseteils (50) angeordnet ist.

10. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (47;60) koaxial zum zugeordneten, ersten Hydraulikkolben (8) angeordnet ist.

11. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuerschieber (47) eine den Aufprass des ersten Hydraulikkolbens (8) dämpfende Dämpfungseinrichtung (65) zugeordnet ist.

12. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und/oder Position des Steuerschiebers (47,60) in Abhängigkeit von einem Maschinenparameter, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Leistung, veränderbar ist.

13. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (47) auf einem gegenüber dem Maschinengehäuse verschiebbaren Einsatz (47a) aufgenommen ist, der die Schieberbohrung (48), die Kammer (52) und den Ventilsitz (55) enthält.

14. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem ersten Hydraulikkolben (8) zugeordnete, erste Hydraulikzylinder (9) eine der Nachschubleitung (46) zugeordnete, radiale Anschlußbohrung (61 ) aufweist und dass der erste Hydraulikkolben (8) einen als Steuerschieber

(60) ausgebildeten Bereich aufweist, der ein mit der Flüssigkeitssäule kommunizierendes Kanalsystem aufweist, das mit der Anschlußbohrung

(61) kommuniziert, wenn der Arbeitskolben (8) seine bei ordnungsgemäßem Betrieb dem Ende des Arbeitshubs des Arbeitskolbens (5) zugeordnete Umkehrposition überfährt.

15. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der den Steuerschieber (60) bildende Bereich des ersten Hydraulikkolbens (8) eine zur Deckung mit der Anschlußbohrung (61) bringbare Ringnut (62) aufweist, mit der ein zur Flüssigkeitssäule führendes Bohrungssystem kommuniziert.

6. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Speicher (45) größer als der Druck in der Flüssigkeitssäule ist, wenn der erste Hydraulikkolben (8) die dem Ende des Arbeitshubs des Arbeitskolbens (5) zugeordnete Umkehrposition erreicht.