DE19755771A1

DE19755771A1 - Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe

Info

Publication number: DE19755771A1
Application number: DE1997155771
Authority: DE
Inventors: Ludwig Wagenseil
Original assignee: Individual
Current assignee: Wagenseil Bernhard Steinhausen Ch
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-06-24

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist eine Entwicklung bekannt (IFP BV/E 130) die sich mit dem Problem einer mit Verbrennungskraftstoff betriebenen Hydropumpe befaßt. Dieses "Freikolbenaggregat" besitzt einen Verbrennungskolben und einen Hydraulikkolben die in axialer Richtung direkt miteinander verbunden sind. Weitere für die Funktion notwendigen Elemente sind ein zusätzlicher Kompressionszylinderraum mit Kompressionsspeicher, sowie ein Regelventil welches die Hubfrequenz steuert. Bei Betrieb bewegt sich das Kolben element zwischen zwei Totpunktlagen und dabei führt der Hydraulikkolben die gleiche Bewegung aus. Die hydraulische Seite enthält zwei Rückschlag ventile, sowie je einen Druckspeicher in der Hochdruck- und Niederdruck leitung.

Nachteilig bei diesem System ist, daß infolge der hochfrequenten, pulsartigen Förderung des Ölstroms zur Glättung der Druckpulsation unabdingbar in einen relativ großen Druckölakku gefördert werden muß. Auch die Füllung des Hydraulikzylinders beim Rückhub erfordert einen Niederdruckakku. Somit ist die Anwendung dieser Hydropumpe auf ein enges Anwendungsspektrum eingegrenzt.

Auch kann dieses Freikolbenaggregat nur im Zweitaktprinzip betrieben werden, da jeder Hub ein Arbeitshub sein muß.

Ebenfalls von Nachteil ist, daß keinerlei Nebenfunktionen, wie Kühlung, Kraftstoffsteuerung und ähnliches vom Aggregat selbst abgenommen werden können.

Es wird auch ein Aggregat mit zwei Zylinderelementen angesprochen. Jedoch über die Art der mechanischen Koppelung ist keine Festlegung getroffen.

Aufgabe der Erfindung ist es eine mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, so daß die genannten Nachteile beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer mehrzylindrigen Maschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, mehrere Zylinderelemente vorhanden sind, deren Verbrennungs- und Hydraulikkolben, durch mechanische Koppelung einen sinnvollen, sinusförmigen Bewegungsablauf ausführen. Nach dem Zusammenfassen der Einzelölströme entsteht dadurch ein weitestgehend geglätteter Gesamtölstrom, vergleichbar mit dem Ölstrom üblicher Hydropumpen.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor für den sinusförmigen Bewegungsablauf der Einzelelemente, für die Koppelung, eine Kurbelwelle als drehsteife Verbindung anzuwendwenden.

Vorteilhafterweise sind die Verbrennungskolben jeweils über ein Pleuel mit der Kurbelwelle in Verbindung.

Bei einer zweiten Lösung besteht die Verbindung zwischen Verbrennungskolben und der Kurbelwelle jeweils in der Anwendung einer Kurbelschleife. Diese Ausführung ergibt eine exakte Nachbildung einer Sinusbewegung und somit eine Verbesserung der erreichbaren Gleichförmigkeit im Vergleich zur Pleuelverbindung.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor die Kurbelwelle mit einem Schwungrad zu verbinden. Die hiermit speicherbare Energie gleicht die unterschiedlichen Kolbenkräfte aus. Zudem können Hilfsantriebe, für evtl. Ventilstößelbetätigung, Kühlung, Kraftstoffversorgung, Lichtmaschine und ähnliches an der Kurbelwelle angekuppelt werden. Die speicherbare Energie ermöglicht auch die Anwendung des Viertaktprinzips, da nicht jeder Hub ein Arbeitshub sein muß. Außerdem besteht keinerlei Einschränkung hinsichtlich des zu verwendeten Kraftstoffs, sowohl Dieselöl als auch Benzin sind möglich.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hydraulikkolben über Rückschlagventile mit der gemeinsamen Hochdruckleitung verbunden sind. Aufgrund der relativ sanften Bewegungsumkehr, durch den Kurbeltrieb, ist ein geräuscharmes Öffnen und Schließen der Ventile zu erwarten.

Erfindungsgemäß wird letztlich vorgeschlagen, daß die Hydraulikkolben über zweite Rückschlagventile mit der gemeinsamen Niederdruckleitung verbunden sind. Ebenfalls ist aufgrund der sanften Bewegungsumkehr über die Rückschlagventile ein selbstsaugender Betrieb möglich.

Nachstehend ist die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Hydropumpe, mit Kurbelwelle, Pleuel und Schwungrad.

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Hydropumpe, mit Kurbelwelle, Kurbelschleife und Schwungrad.

Fig. 3 einen quantitativen Vergleich der Förderstromschwankung einer dreizylindrigen Maschine mit Kurbeltrieb (Pleuel) bzw. Kurbelschleifentrieb.

Die in der Fig. 1 und 2 dargestellte Hydropumpe besitzt drei Einzelelemente 1. Der Verbrennungskolben 2 ist jeweils axial direkt mit einem kleineren Hydraulikkolben 3 verbunden. Dichtungen 4 sind für die Abdichtung nach außen und für die Dichtigkeit zwischen dem Verbrennungsraum 5 und dem Öldruckraum 6 vorgesehen. Jeweilige Rückschlagventile 7 öffnen die Verbindung zur gemeinsamen Druckleitung 8. Jeweilige Rückschlagventile 9 öffnen beim Ansaughub die gemeinsame Niederdruckleitung 10. Pfeile 11 verdeutlichen die Förderrichtung des Ölstroms. Pfeile 12 zeigen die momentane Bewegungsrichtung der einzelnen Kolbenelemente 2 und 3, bei einer gedachten Drehrichtung rechts, entsprechend Pfeil 13.

Die vorteilhafte Anzahl von Einzelelementen 1 sollte eine ungerade Zahl darstellen, z. B. 3, 5, 7. Wie bei Axialkolbenpumpen an sich bekannt entstehen so günstige Werte für die Ungleichförmigkeit des geförderten Ölstroms.

Die Hydraulikkolben 3 können auch mehrstufig ausgestaltet sein. Mit dieser Maßnahme lassen sich auf einfache Weise Mehrkreissysteme realisieren.

Links in der Zeichnung ist die momentane Einspritzung bzw. der Zündvorgang dargestellt, wobei mit Pfeil 14 die Brennstoffzufuhr gezeigt wird. In der Zeichnungsmitte befindet sich das Kolbenelement 2, 3 im Abwärtshub, zugleich Arbeitshub, kurz vor dem unteren Totpunkt. Beim Zweitaktprinzip erfolgt in der Nähe des unteren Totpunkts das Ausströmen des verbrannten Gases (Pfeil 15) und zugleich, auf der Gegenseite, das Einströmen von Frischluft (Pfeil 16). Im rechten Teil der Zeichnung ist das Kolbenelement 2, 3 im Aufwärtshub, wobei die Luft im Verbrennungsraum 5 verdichtet wird.

Für die Erfindung ist unwesentlich ob das Verbrennungssystem im Zweitakt- oder Viertaktprinzip arbeitet. Auch ist die Anwendung aller Arten von Verbrennungskraftstoffen denkbar.

Die Kolbenelemente 2, 3 sind mechanisch mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 17 gekoppelt. Ein Ende der Kurbelwelle 17 ist mit einem Schwungrad 18 verbunden. Zum besseren Verständnis der Darstellung ist der Kurbelkreis 19, sowie das Schwungrad 18 zeichnerisch in die Zeichnungsebene gedreht.

In der Fig. 1 besteht die mechanische Koppelung aus einem Pleuel 20. Der sinusförmige Verlauf der Kolbenbewegung ist hierbei etwas verzerrt, so daß kein Optimum, bezogen auf die erreichbare Ungleichförmigkeit, gegeben ist.

In der Fig. 2 besteht die mechanische Koppelung aus einer Kurbelschleife 21, wobei ein Gleitstein 22 auf den Bahnen 23 gleitet. Der Kurbelschlitten 24 wird in den Gehäusebahnen 25 geführt. Bei der Koppelung, mittels einer Kurbelschleife 21, ergibt sich ein unverfälschter Sinusverlauf für die Kolbenbewegung und somit die geringstmöglichen Förderstromschwankungen bei gleichmäßigem Umlauf des Systems.

Die Fig. 3 zeigt den Verlauf des Förderstroms in Abhängigkeit zum Drehwinkel. Zugleich ist das unterschiedliche Verhalten des Kurbeltriebs und der Kurbelschleife gegenübergestellt.

Die Beschreibung beschränkt sich auf eine Maschine in Reihenanordnung. Die gleichen Funktionen sind ebenso bei Maschinen in Sternform oder auch in V-Form denkbar.

Vom Prinzip her handelt es sich um eine Hydropumpe mit konstantem Hubvolumen pro Umdrehung. Eine Förderstromregelung ist im Bereich einer möglichen Drehzahlveränderung des gewählten Verbrennungssystems, z. B. Diesel- oder Benzinantrieb, möglich.

Für die Regelung, der mit Verbrennungskraftstoff betriebenen Hydropumpe, können alle bekannten und üblichen Regelungen, wie bei Verbrennungsmotoren üblich, zur Anwendung gelangen.

Für Zusatzfunktionen, wie Ventilstößelantrieb, Kühllüfter, Lichtmaschine, Einspritzpumpe, Lenkhilfspumpe oder ähnliches, kann deren Antrieb von der Kurbelwelle aus erfolgen.

Eine Einsparung von Gewicht und dadurch auch von Herstellkosten im Vergleich zu einer konventionellen Lösung, Verbrennungsmotor mit gängiger Hydrokonstantpumpe, ergibt sich dadurch, daß die mechanische Koppelung nur für kleinere Kräfte auszulegen ist. Zu berücksichtigen sind neben den unterschiedlichen Kolbenkräften lediglich noch die Nebenleistungen für Hilfsfunktionen und die Verdichtungsleistung bei Zweitakt- oder Viertaktbetrieb.

Für den hydraulischen Teil der Maschine können einfache Bauteile zur Anwendung gelangen. Auch sind keine hoch belasteten Reibungsflächen vorhanden, so daß ohne Einschränkung hohe Arbeitsdrücke, z. B. 500 bar, für Systemauslegungen Anwendung finden können. Aufgrund der erreichbaren hohen Dichtheit, als auch der geringen Reibkräfte ist mit günstigem Wirkungsgrad der hydraulischen Maschine zu rechnen.

Claims

1. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, deren Hydraulikkolben direkt axial mit den Verbrennungskraftstoff kolben verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Koppelung der Einzelelemente (1) für den sinnvollen, sinusförmigen Bewegungsablauf der Hydraulik kolben (3) vorgesehen ist.

2. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem sinnvollen, sinusförmigen Bewegungsablauf der Hydraulikkolben (3) eine Kurbelwelle (17) die drehsteife Verbindung zwischen den Einzelelementen (1) herstellt.

3. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (17) jeweils über ein Pleuel (20) mit dem Verbrennungskolben (2) verbunden ist.

4. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (17) in Form einer Kurbelschleife (21), ohne Pleuel (20), mit dem Verbrennungskolben (2) verbunden ist.

5. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Speichern und Ausgleichen der unterschiedlichen Kolbenkräfte an der Kurbelwelle (17) ein Schwungrad (18) vorgesehen ist.

6. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (17) mit dem Schwungrad (18) zusätzlich für den Antrieb von Hilfsaggregaten benützt wird.

7. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffkolben (2), in bekannter Weise, nach dem Zweitaktprinzip arbeiten.

8. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffkolben (2), in bekannter Weise, nach dem Viertaktprinzip arbeiten.

9. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle bekannten fossilen Brennstoffe zum Beispiel, Dieselöl und Benzin zur Anwendung gelangen können.

10. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkolben (3) über Rückschlagventile (7) mit der gemeinsamen Hochdruckleitung (8) verbunden sind.

11. Mehrzylindrige, mit Verbrennungskraftstoff betriebene Hydropumpe, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkolben (3) über jeweils zweite Rückschlag ventile (9) mit der gemeinsamen Niederdruckleitung (10) verbunden sind.