DE2131038C3 - Hydrostatisches Triebwerk für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Triebwerk für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei Brennkraftmaschinenkolben, von denen jeder durch eine Kolbenstange mit einem Pumpenkolben verbunden ist, der in einem Pumpenzylinder beweglich und an einen Druckfiüssigkeits-Kolbenmotor angeschlossen ist, wobei eine Speisevorrichtung für die Zufuhr von Druckflüssigkeit vorgesehen ist, die über Rückschlagorgane an die Pumpenzylinder angeschlossen ist und dazu dient, in den Pumpenzylindern und im Dnickflüssig- (>o keits-Kolbenmotor einen Überdruck der Druckflüssigkeit gegenüber der Atmosphäre aufrechtzuerhalten, wobei die Pumpenkolben doppeltwirkend ausgebildet sind, die dem Druckfiüssigkeits-Kolbenmotor abgewandten Zylinderrä'jme der Pumpenzylinder durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, und die Kolbenstangen durch je eine Bohrung an dem Brennkraftmaschinenkolben näheren Ende des Pum-038

penzylinders dichtend geführt sind.

Ein Triebwerk dieser Art ist aus der DTPS 12 11 051 bekannt. Bei diesem Triebwerk sind Sieuernuten in den Pumpenzylindern vorgesehen, weiche zur Begrenzung der oberen und der unteren Totpunkte der hydraulischen Kolben und mit ihnen der Arbeitskolben der Brennkraftmaschine dienen. Diese Vorrichtung ist verhältnismäßig kompliziert und hat dabei den Nachteil, daß die Pumpenkolben mit ihren Dichtungsorganen dauernd über die Steuernuten laufen müssen.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Triebwerkes der erwähnten Art zum Ziel, bei welchem die Totpunkte der Kolben mit wesentlich einfacheren Mitteln festgelegt werden können, unter Gewährleistung des Gleichlaufes der Kolben im Betrieb.

Das erfindungsgemäße hydrostatische Tiiebwcrk. durch welches dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen eine an ihrem dem Brennkraftmaschinenkolben abgewandten Ende befindliche Steuernut aufweisen, wobei in jeder Bohrung zwei durch die Steuernut miteinander verbindbare Kanäle ausgebildet sind, von denen einer an den dem Brennkraftmaschinenkolben näheren Z\linderraum des Pumpenzylinder und der andere an die Speisevorrichtung angeschlossen ist, und daß die Spiele und Dichtungen zwischen den Kolbenstangen und den Bohrungen sowie den Pumpenkolben und den Pumpenzylindern derart gewählt sind, daß die Lecksirömungen entlang der Pumpenkolben kleiner sind als die Lecksirömungen entlang der Kolbenstangen, und daß im Betrieb die Verbindungsleitung von der Zufuhr der Druckflüssigkeit aus der Speisevorrichtung getrennt ist.

Durch diese Maßnahme genügt es, nur die oberen Totpunkte der Kolben zu bestimmen. Die Anordnung zur Bestimmung der oberen Totpunkte ist dabei im Bereich der Bohrungen für die Kolbenstangen zusammengefaßt, woraus sich eine bedeutende Vereinfachung der Maschine ergibt. Der Pumpenzylinder kann dabei vollständig glatt sein, so daß die Funktion der Dichtungsorgane der Pumpenkolben unter optimalen Bedingungen möglich ist.

Für den Start der Maschine kann die Speisevorrichtung an die Verbindungsleitung über ein Absperrorgan anschließbar sein. Durch eine Öffnung des Absperrorgans wird es dadurch möglich, bei einer Inbetriebsetzung in weniger als einer vollen Umdrehung der Maschine die erforderliche Füllung des hydrostatischen Triebwerkes mit der Druckflüssigkeit zu erhalten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der beiliegenden Zeichnung.

In der Zeichnung ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei Brennkraftmaschinenzylindern 1 dargestellt, die in bekannter Weise mit Einspritzventilen 2, Lufteinlaßkanälen 3 und Abgaskanälen 4 versehen sind. Da die Erfindung insbesondere für große Maschinen geeignet ist, kann es sich dabei um die Zylinder einer großen Zweitakt-Schiffs-Dieselmaschine mit Schlitzsteuerung für direkten Schraubenantrieb handeln.

In den Brennkraftmaschinenzylindern 1 sind Brcnnkraflmaschinenkolben 5 beweglich, die durch Kolbenstangen 6 mit Pumpenkolben 7 verbunden sind, die in Pumpenzylindern 8 beweglich sind. Die Pumpenzylinder 8 sind durch Anschlußkanäle 10 an Zylinder 11 eines Druckflüssigkeits-Kolbenmotors 12 angeschlossen. Der Motor 12 weist in den Zylindern 11 bewegliche Kolben 13 auf, die auf einen Exzenter 14, der an einer Exzenterwelle 14' befestigt ist, derart einwirken.

daß ihre Arbeitsphase um 180" versetzt ist. Die oberen Zylinderräume der doppeltwirkenden Pumpenzylinder S sind durch eine Verbindungsleitung 23 verbunden. Die Exzenterwelle 14' kann mit einer Schiffsschraube verbunden sein.

Die Hubkolbenbrennkraftmaschine ist mit einer Speisevorrichtung 9 versehen, die eine Zahnradpumpe 15 mit einem Überströmventil 16 sowie ein Rückschlagventil 17 enthält, zur Förderung von Druckflüssigkeit aus einem nicht dargestellten Behä'ter in das hydroretische Triebwerk der Maschine dient und die Aufgabe hat. in diesem einen Überdruck gegenüber der Atmosphäre zu halten und gleichzeitig Leckverluste zu ersetzen. Die Speisevorrichtung 9 ist durch eine Speiseleitung 18, in welcher Rückschlagventile 20 angeordnet sind, an die Anschlußkanäle 10 bzw. die Pumpenzylinder 8 angeschlossen. Gleichzeitig führt von der Speiseleitung 18 eine Leitung 21 mit einem von Hand oder automatisch betätigbaren Absperrorgan 22 in die Verbindungsleitung 23, weiche die oberen 7vlinderräume der Pumpenzylinder 8 miteinander verbindet.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind an den oberen Enden der Pumpenzylinder 8 die Kolbenstangen 6 durch Bohrungen 24 durchgeführt, in welchen Kanäle 25. 26 und 27 ausgebildet sind. Die Kolbenstange 6 ist an ihrem unteren Ende mit einer Steuernut 28 versehen. Die Kanäle 25 und 26 sind so ausgebildet, daß bei der auf der linken Seite der Figur dargestellten Stellung der Kolbenstange 6 eine Verbindung /wischen ihnen unterbrochen ist und erst durch die ir der Ku! benstange 6 ausgebildete Steuernui 28 geschaffen werden kann. Der Kanal 27, der im dargestellten Beispiel die Form einer Ringnut hat, die sich neben den Kanälen 25 und 26 näher zum Brennkraftmaschinenzylinder 1 befindet, ist an eine Abflußleitung 30 angeschlossen. Der Kanal 26 ist mit der Speiseleitung 18 verbunden, der Kanal 25 steht durch eine Leitung 31 mii dem oberen Zylinderraum des Pumpenzylinders 8 in Verbindung.

Im Betrieb werden durch Zündungen des in die Brennkraftmaschinenzylinder 1 eingeführten Brennstoffes die Brennkraftmaschinenkolben 5 abwechselnd auf und ab bewegt. Dadurch werden über die Druckflüssigkeit die Kolben 13 des Druckflüssigkeitsmotors 12 hin und her bewegt, welcher den Exzenter 14 in Drehung versetzt. Eine genaue synchrone Bewegung der Brennkraftmaschinenkolben 5 wird uabci durch die in den Anschlußkanälen 10 sowie in der Verbindungsleitung 23 befindliche Druckflüssigkeit gewährleistet.

Das aus den Teilen 8, 10, 11, 23 gebildete hydrostatische Triebwerk wird durch die Speisevorrichtung 9 über die Rückschlagventile 20 unter einem gewählten, über dem Atmosphärendruck befindlichen ι Druck gehalten. Sobald der Druck in einem der Anschlußkanäle 10 unter den eingestellten Druck der Speisevorrichtung 9 sinkt, wird in den betreffenden Kanal Druckflüssigkeit eingespeist. Dadurch wird der Druck, welcher sich über die Pumpenkolben 7 auch auf die Verbindungsleitung 23 und den anderen Pumpenzylinder 8 mit dem anderen Anschlußkanal 10 überträgt, im ganzen Triebwerk aufrechterhalten.

Die Bewegung der beiden Brennkraftmaschinenkolben 5 zwischen genau festgelegten Totpunkten wird durch die Kanäle 25 und 26 gewährleistet. Die Kanäle 27 und die Abflußleitungen 30 dienen zur Ableitung der Leckströmung entlang der Kolbenstange 6.

Durch eine geeignete Wahl der Spiele und Dichtungen, derart, daß die Lecksirömungen entlang der Pumpenkolben 7 in den Pumpenzylindern 8 kleiner sind als die Leckströmungen entlang der Kolbenstangen 6 nach außen, wird erreicht, daß dauernd eine Tendenz zur Verminderung des Volumens der in den oberer, Zylinderräumen der Pumpenzylinder 8 und in der Veibindungsleiiung 23 befindlichen Druckflüssigkeit besteht. Unter dem Einfluß der Nachspeisung aus der Speiseleitung 18 über die Rückschlagventile 20 haben daher die Brennkraftmaschinenkolben 5 eine Tendenz zur Verlagerung ihrer oberen Totpunkte nach oben.

Wenn jeweils ein Brennkraftmaschinenkolben 5 in den Bereich des oberen Totpunktes gelangt, verbindet die Steuernut 28 der Kolbenstange 6 kurzzeitig die beiden Kanäle 25 und 26. Dabei wird Druckflüssigkeit nachgespeist, wodurch die Leckverluste aus den oberen Zylinderräumen der Pumpenzylinder 8 und der Verbindungsleitung 23 ausgeglichen werden. Somit wird er reicht, daß sich bei jedem Aufwärtshub die obere Kante der Steuernut 28 der Kolbenstange 6 nur geringfügig über die unteren Kanten der Kanäle 25 und 26 hinaus bewegt, wodurch der obere Totpunkt des Brennkraftmaschinenkolbens 5 bestimmt ist.

Wenn nach einem längeren Stillstand der Maschine beide Brennkrafimaschinenkolbcn 5 durch Leckströ-

2s mtingen in ihre tiefste Lage gesunken sind oder zumindest aus ihrer richtigen Stellung geraten sind und die Maschine in Betrieb gesetzt werden soll, wird /uersi die Speisevorrichtung 9 in Gang gebracht. Diese seizi das ganze hydrostatische Triebwerk unter den gewünschten Druck. Dann wird das Absperrorgan 22 geöffnet, worauf der Ex/enter 14 langsam gedrehl werden kann. Dabei gelangt einer der Brennkraftmaschinenkolben 5 in einen provisorischen unteren Totpunkt, der durch den Anschlag seines Kolbenteiles 5' gegen den unteren Boden Γ des Biennkraltmaschinenzylinders 1 bestimmt ist. Überschüssige, in der Verbindungsleitiing 23 befindliche Druckflüssigkeit wird darauf in den Anschlußkanal 10 des betreffenden Zylinders 11 abgeleitet. Bei einer weiteren Drehung des Exzenters 14 wird der Brennkraftmaschinenkolben, dessen unterer Totpunkt provisorisch bestimmt wurde, in seinen oberen Totpunkt bewegt, der dadurch provisorisch bestimmt wird, daß der Pumpenkolben 7 in Anschlag kommt. Gleichzeitig stößt der Brennkraftmaschinenkolben 5 im Brennkraftmaschinenzylinder 1 gegen seinen unteren Anschlag, worauf wieder überschüssige Druckflüssigkeit aus der Verbindungsleitung 23 durch das Absperrorgan 22 in den Anschlußkanal 10 des betreffenden Brennkraftmaschinenkolbens 5. der sich im Anschlag befindet, abgeleitet wird. Auf diese Weise wird provisorisch auch der untere Totpunkt des Brennkraftmaschinenkolbens 5 bestimmt. Es ist somit durch ungefähr eine ganze Umdrehung des Exzenters 14 mit einem Hilfsantrieb möglich, die Brcnnkraftmaschinenkolben 5 provisorisch in ihre für den Betrieb erforderliche Lage zu bringen. In ihre genaue Betriebslage, in welcher die Brennkraftmaschinenkolben 5 ihre unteren Anschläge nicht mehr berühren, gelangen die Brennkraftmaschinenkolben 5 im Betrieb mit der Hilfe der Nachspeisung über die Rückschlagventile 20 und die Kanäle 25, 26.

Die Speisevorrichtung hält in den Anschlußkanälen 10 und damit im ganzen hydrostatischen Triebwerk einen Druck aufrecht, der über dem atmosphärischen

(>5 Druck liegt und so bemessen ist, daß im Betrieb keine Kavitationen im hydrostatischen Triebwerk auftreten. Fin solcher Druck kann z. B. im Größenbereich von 10 bis 20 Atmosphären liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 21

1. Hydrostatisches Triebwerk für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei Brennkraftmaschinenkolben, von denen jeder durch eine Kolbenstange mit einem Pumpenkolben verbunden ist. der in einem Pumpenzylinder beweglich und an einen Druckflüssigkeits-Kolbenmotor angeschlossen ist. wobei eine Speisevorrichtung für die Zufuhr von Druckflüssigkeit vorgesehen ist, die über Rückschlagorgane an die Pumpenzylinder angeschlossen ist und dazu dient in den Pumpenzylindern und im Druckflüssigkeits-Kolbenmotor einen Überdruck der Druckflüssigkeit gegenüber der Atmosphäre aufrechtzuerhalten, wobei die Pumpenkolben doppeltwirkend ausgebildet sind, die dem Druckflüssigkeits-Kolbenmotor abgewandten Zylinderräume der Pumpenzylinder durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, und die Kolbenstangen durch je eine Bohrung an dem Brennkraftmaschinenkolben näheren Ende des Pumpenzylinders dichtend geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (6) eine an ihrem dem Brennkraftmaschinenkolben abgewandten Ende befindliche Steuernut (28) aufweisen, wobei in jeder Bohrung (24) zwei durch die Steuernut (28) miteinander verbindbare Kanäle (25, 26) ausgebildet sind, von denen einer (25) an den dem Brennkraftmaschinenkolben (5) näheren Zylinderraum des yo Pumpenzylinders (8) und der andere (26) an die Speisevorrichtung (9) angeschlossen ist, und daß die Spiele und Dichtungen zwischen den Kolbenstangen (6) und den Bohrungen (24) sowie den Pumpenkolben (7) und den Pumpenzylindern derart gewählt sind, daß die Leckströmungen entlang der Pumpenkolben (7) kleiner sind als die Leckströmungen entlang der Kolbenstangen (6), und daß im Betrieb die Verbindungsleitung (23) von der Zufuhr der Druckflüssigkeit aus der Speisevorrichtung (9) getrennt ist.

2. Hydrostatisches Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Start der Maschine die Speisevorrichtung (9) an die Verbindungsleitung (23) über ein Absperrorgan (22) anschließbar ist.