DE885785C

DE885785C - Method and device for automatic control of the size of the combustion chamber of an internal combustion engine with free-floating pistons

Info

Publication number: DE885785C
Application number: DEJ2952D
Authority: DE
Inventors: Franz Dr-Ing Neugebauer
Original assignee: JUNKERS MASCHINEN und METALLBA
Current assignee: JUNKERS MASCHINEN und METALLBA
Priority date: 1938-08-21
Filing date: 1938-08-21
Publication date: 1953-08-06

Description

Verfahren und Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Größe des Brennraumes einer Brennkraftmaschine mit freifliegenden Kolben Bei Brennkraftmaschinen mit freifliegenden Kolben muß verhindert werden, daß der Inhalt des Motorbrennraumes (die Motorladung) übermäßig stark verdichtet wird, damit die in diesem Raum auftretenden Drücke nicht unzulässig hoch werden. Zur Vermeidung dieser Gefahr ist es bekannt, Mittel vorzusehen, welche die die Verdichtung der Motorladung bewirkende Arbeit (Rückführarbeit) auch bei Änderung der Nutzleistung der Freiflugkolbenmaschine angenähert konstant halten. Zu diesem Zweck hat man bei als Gasverdichter ausgestalteten Freiflugkolbenmaschinen dem Verdichtungsverhältnis des Gasverdichters eine bestimmte, sonst ungewöhnliche Größe gegeben oder neben den Verdichterräumen noch besondere Pufferräume, die wie elastische Kraftglieder wirken, vorgesehen.Process and device for automatic control of the size of the Combustion chamber of an internal combustion engine with free-floating pistons in internal combustion engines with free-flying pistons must be prevented that the contents of the engine combustion chamber (the engine load) is excessively compressed so that the occurring in this space Do not pressures become unacceptably high. To avoid this danger it is known To provide means which work to compress the engine charge (Feedback work) also approximated when the useful power of the free-flight piston machine changes keep constant. For this purpose, free-flight piston machines designed as gas compressors are used the compression ratio of the gas compressor a certain, otherwise unusual Given the size or, in addition to the compression rooms, special buffer rooms that like elastic force members act, provided.

Weiterhin ist es zur Beeinflussung der Rückführarbeit bekannt, die Füllung des Gasverdichters durch Drosselung seines Einlasses oder durch entsprechende Steuerung der- Einlaßglieder zu verändern; hierbei nimmt die Rückführarbeit mit zunehmender Drosselung ab. Ferner ist es bekannt, die Größe der Rückführarbeit durch Änderung der Größe des Totraumes des Verdichters (oder des Gaspuffers) zu ändern; hierbei nimmt die Rückführarbeit bei Vergrößerung des Verdichtertotraumes zu, dagegen bei einer Vergrößerung des Puffertotraumes ab. Bei diesen letztgenannten Möglichkeiten der Beeinflussung der Rückführarbeit hat man die Änderung der Einlaßdrosselung bzw. der Totraumgröße bisher auf einem Umwege, z. B. in Abhängigkeit von dem im Gasverdichter erzeugten Druck, vorgenommen.Furthermore, it is known to influence the feedback work that Filling of the gas compressor by throttling its inlet or by appropriate Control of the inlet members to change; here the return work takes along increasing throttling. It is also known to adjust the size of the return work Change the size of the dead space of the compressor (or the gas buffer) to change; in this case, the return work increases with enlargement of the compressor dead space, on the other hand with an enlargement of the buffer dead space. With these latter options influencing the return work one has the change of the inlet throttling or the dead space size so far in a detour, z. B. depending on the im Gas compressor generated pressure.

Ferner ist es bekannt, eine Freiflugkolbenmaschine zu regeln, indem die die Größe der Rückführarbeit bestimmenden Mittel in Abhängigkeit vom Brennraumvolumen im inneren Motortotpunkt verstellt werden. Zu diesem Zweck hat man einen mit der Flugmasse verbundenen Anschlag vorgesehen, welcher bei Überschreitung der zulässigen Hubgröße gegen ein Auslaßventil eines an eine Druckzuleitung angeschlossenen Raumes wirkt und dadurch den Druck in diesem Raume verändert. Diese Druckänderung bewirkt eine Verstellung eines Regelgliedes, von dessen Einstellung die Größe der Rückführarbeit abhängt. Es ist auch bekannt, mit der Flugmasse ein Anschlagglied zu verbinden, welches bei der Überschreitung der zulässigen Hubgröße auf das Gaskissen eines Puffers derart einwirkt, daß die von diesem Puffer geleistete Rückführarbeit kleiner wird.It is also known to regulate a free-flight piston machine by the means determining the size of the return work as a function of the combustion chamber volume can be adjusted in the inner engine dead center. For this purpose you have one with the Aircraft mass connected stop is provided, which when the permissible limit is exceeded Stroke size against an outlet valve of a room connected to a pressure supply line acts and thereby changes the pressure in this space. This changes in pressure causes an adjustment of a control element, the setting of which determines the size of the feedback work depends. It is also known to connect a stop member to the flight mass, which when the permissible stroke size is exceeded on the gas cushion of a buffer acts so that the return work performed by this buffer becomes smaller.

Nach der Erfindung sollen die Mittel, welche durch ihre jeweilige Einstellung die Größe der Rückführarbeit bestimmen, in Abhängigkeit von dem im Motorbrennrauin auftretenden Verbrennungsdruck gesteuert werden.According to the invention, the means, which by their respective Setting determine the size of the feedback work, depending on the temperature in the engine occurring combustion pressure can be controlled.

Zu dem Zweck ist ein Behälter vorgesehen, der mit dem Brennraum über ein zum Behälter hin sich öffnendes Rückschlagventil und mit dem Freien über eine ständig offene Ausflußöffnung verbunden ist, die im Verhältnis zum Ventildurchgang sehr klein ist. In dem Behälter stellt sich sonach ein Druck ein, der niedriger ist -als der im Brennraum auftretende Höchstdruck, sich aber im gleichen Sinn wie dieser verändert. Dieser Behälterdruck wirkt beispielsweise auf einen federbelasteten Kolben, dessen Verstellung wiederum, sei es unmittelbar oder unter Verwendung einer Hilfskraft, zur Beeinflussung der die Größe der Rückführarbeit bestimmenden Glieder dient.For this purpose, a container is provided which is connected to the combustion chamber a check valve that opens towards the container and with the outside via a constantly open discharge opening is connected, which in relation to the valve passage is very small. A pressure that is lower is therefore established in the container is -as the maximum pressure occurring in the combustion chamber, but in the same sense as this changed. This container pressure acts, for example, on a spring-loaded one Piston, its adjustment in turn, be it directly or using a Auxiliary worker to influence the limbs that determine the size of the return work serves.

Die erfindungsgemäße Regelungsart hat zunächst den Vorteil, daß die Beeinflussung der Rückführarbeit in Abhängigkeit von dem Zustande erfolgt, auf dessen Größe es letzten Endes ankommt, nämlich vom Druck im Motorbrennraum. Jede Überschreitung der oberen zulässigen Druckgrenze gefährdet die Betriebssicherheit der Maschine. Die bekannten Regelungen in Abhängigkeit von der Brennraumgröße stellen in dieser Hinsicht einen Umweg dar. Die Vermeidung solcher Umwege erhöht die Genauigkeit und Eingriffsgeschwindigkeit der Regelung. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß Totraumgröße und Brennraumdruck nicht in unveränderlicher starrer Abhängigkeit voneinander stehen. Der letztere wird beispielsweise durch die jeweilige Brennstoffmenge und Zündungsintensität stark beeinflußt. Bei den bekannten Einrichtungen zur Regelung in Abhängigkeit von der Tbtraumgröße schlagen bei Überschreitung des zulässigen Flugmassenhubs mit der Flugmasse gekuppelte Teile gegen ändere Teile. Diese Teile sind sonach hohen Beanspruchungen ausgesetzt, was wiederum starke Abnutzung und daraus folgend-, Regelungenauigkeit zur Folge haben kann. Ferner arbeiten diese Einrichtungen sehr geräuschvoll. Auch diese Nachteile sind beim Erfindungsgegenstand, bei dem lediglich eine unter veränderlichem Druck stehende Gasmenge ständig auf ein Verstell-' glied. einwirkt, völlig vermieden.The type of control according to the invention has the advantage that the The feedback work is influenced depending on the state on which In the end, size matters, namely the pressure in the engine combustion chamber. Any exceedance the upper permissible pressure limit endangers the operational safety of the machine. The known regulations depending on the size of the combustion chamber are provided in this The avoidance of such detours increases the accuracy and Speed of intervention of the regulation. It must also be taken into account that the size of the dead space and combustion chamber pressure are not in an unchangeable, rigid dependency on one another. The latter is determined, for example, by the respective amount of fuel and ignition intensity strongly influenced. In the known devices for regulating as a function of the size of the room beat when the permissible flight mass stroke is exceeded with the Flying mass coupled parts against other parts. These parts are therefore highly stressed exposed, which in turn strong wear and tear and consequent control inaccuracy may result. Furthermore, these devices are very noisy. Even these disadvantages are in the subject matter of the invention in which only one under variable The amount of gas under pressure is constantly on an adjusting member. acts, completely avoided.

Die Zeichnung veranschaulicht im Mittellängsschnitt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar in Gestalt einer nur teilweise dargestellten Maschine mit gegenläufig bewegten Flugmassen.The drawing illustrates an exemplary embodiment in a central longitudinal section a device for performing the method according to the invention, namely in Shape of a machine only partially shown with flying masses moving in opposite directions.

In einem Motorzylinder i bewegen sich die Motorkolben 2, 3 gegenläufig zueinander und schließen zwischen ihren einander zugekehrten Stirnflächen 5, 6 den Brennraum 7 ein. Mit jedem Motorkolben ist je ein Verdichterkolben io verbunden; diese arbeiten je in einem Verdichterzylinder 12. Zur Erzielung des Gleichlaufes der Flugmassen ist an jede derselben eine Zahnstange 14 angeschlossen; diese Zahnstangen greifen an einander diametral gegenüberliegenden Stellen in ein unverschieblich gelagertes, nicht dargestelltes Zahnrad ein. Mit dem Brennraum 7 ist über eine Leitung 5 i ein Behälter 52 verbunden. Die Verbindungsleitung 51 enthält ein zum Behälter hin sich öffnendes Rückschlagventil5o. Der Behälter ist ferner mit einer ständig offenen Ausströmdüse 53 versehen, deren Querschnitt klein ist im Verhältnis zum Durchgang des Ventils 5o und der Leitung 51. Das durch die Leitung 51 über das Rückschlagventil 5o in den Behälter 52 einströmende Gas steht deshalb im Behälter 52 unter einem Druck, der niedriger ist als der höchste im Brennraum auftretende Druck, aber mit diesem steigt oder fällt. Dieser Druck wird durch eine Leitung 54 auf einen im festliegenden Zylinder 55 entgegen der Kraft einer Feder 5,6, verschieblichenKolben 57 übertragen, dessen jeweilige Stellung also vom Druck im Behälter 512 und dadurch auch von dem im Brennraum auftretenden Höchstdruck abhängig ist. Die Verstellung des Kolbens 57 wird nun wiederum zur Beeinflussung der auf die Flugmassen einwirkenden Rückführarbeit benutzt. Im gezeichneten Beispiel erfolgt dies mit Hilfe einer an den Kolben 57 angeschlossenen Zahnstange 6o, welche in ein in axialer Richtung unverschieblich gelagertes Zahnrad 61 eingreift. Dieses Zahnrad trägt ein Muttergewinde und sitzt auf der undrehbaren, aber axial verschieblichen, mit Gewinde versehenen Kolbenstange 62 eines Hilfskolbens 63, welcher in einem zylindrischen Ansatz 64 des Verdichtertotraumes derart angeordnet ist, daß durch seine Verstellung die Größe des Verdichtertotraumes verändert wird.In an engine cylinder i, the engine pistons 2, 3 move in opposite directions each other and close between their facing end faces 5, 6 the Combustion chamber 7 a. A compressor piston is connected to each engine piston; these each work in a compressor cylinder 12. To achieve synchronization a rack 14 is connected to each of the flying masses; these racks engage in an immovable position at diametrically opposite points a stored, not shown gear. With the combustion chamber 7 is via a line 5 i a container 52 connected. The connecting line 51 contains a to the container non-return valve opening 5o. The container is also provided with a constant open discharge nozzle 53 is provided, the cross section of which is small in relation to the Passage of the valve 5o and the line 51. That through the line 51 via the check valve 50 gas flowing into the container 52 is therefore under a gas in the container 52 Pressure that is lower than the highest pressure occurring in the combustion chamber, but with this rises or falls. This pressure is through a line 54 to a fixed Cylinder 55 against the force of a spring 5, 6, transferring displaceable piston 57, its respective position so from the pressure in the container 512 and thus also from the the maximum pressure occurring in the combustion chamber is dependent. Adjustment of the piston 57 is now again used to influence the return work acting on the flight masses used. In the example shown, this is done with the aid of a device on the piston 57 connected rack 6o, which is immovable in an axial direction mounted gear 61 engages. This gear has a nut thread and sits on the non-rotatable, but axially displaceable, threaded piston rod 62 of an auxiliary piston 63, which is in a cylindrical extension 64 of the compressor dead space is arranged such that the size of the compressor dead space by its adjustment is changed.

Die Anordnung ist so getroffen, daß bei steigendem Höchstdruck im Brennraum 7, dem auch eine Zunahme des Druckes im Behälter 5,2 entspricht, der Hilfskolben 63 so verstellt wird, daß der T'otraum des Verdichters sich verringert, und umgekehrt. Eine Verringerung des Verdichtertotraumes hat eine Verkleinerung der Rückführarbeit zur Folge. Infolge dieser kleineren Rückführarbeit wird die Motorzylinderladung weniger hoch verdichtet. Demzufolge wird auch der im Motorarbeitsraum auftretende Höchstdruck kleiner. Falls der Hilfskolben 63 zur Veränderung der Totraumgröße eines Puffers dient, ist er mit dem druckbeaufschlagten Verstellkolben 57 so zu verbinden, daß er bei einer Zunahme des Druckes eine Vergrößerung des Puffertotraumes bewirkt; denn die vom Puffer auf die Flugmasse übertragene Rückführarbeit nimmt mit größer werdendem Puffertotraum ab.The arrangement is made so that with increasing maximum pressure in the Combustion chamber 7, which also corresponds to an increase in the pressure in the container 5.2, the auxiliary piston 63 is adjusted so that the dead space of the compressor is reduced, and vice versa. A reduction in the compressor dead space results in a reduction in the return work to the Episode. As a result of this smaller feedback work, the engine cylinder load becomes less highly compressed. As a result, the maximum pressure occurring in the engine working space also becomes smaller. If the auxiliary piston 63 is used to change the dead space size of a buffer serves, it is to be connected to the pressurized adjusting piston 57 so that it causes an enlargement of the buffer dead space with an increase in pressure; because the return work transferred from the buffer to the flight mass increases developing buffer dead dream.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Gasverdichter antreibende Freiflugkolbenmotoren beschränkt, sondern auch bei solchen Freiflugkolbenmotoren möglich, die zum Antrieb anderer Maschinen, wie z. B. Flüssigkeitspumpen oder Elektrizitätserzeugern, dienen, indem die bei derartigen Maschinen die Größe der Rückführarbeit bestimmenden Glieder in Abhängigkeit von dem im Brennraum auftretenden Druck beeinflußt «-erden.The application of the invention is not to power gas compressors Free flight piston engines limited, but also with such free flight piston engines possible to drive other machines, such as B. liquid pumps or electricity generators, serve by determining the size of the return work in such machines Limits influenced as a function of the pressure occurring in the combustion chamber.

Sofern zur Aufspeicherung der ganzen oder eines Teils der Rückführarbeit besondere Gaspuffer angeordnet sind, können die erfindungsgemäß vorgesehenen, in Abhängigkeit von dem im Motorbrennraum herrschenden Druck sich einstellenden Glieder auf Einrichtungen zur Beeinflussung der Größe der in diesen Gaspuffern aufgespeicherten Rückführarbeit, z. B. auf Einrichtungen zur Änderung der Totraumgröße dieser Puffer, wirken.Provided for the storage of all or part of the return work special gas buffers are arranged, the inventively provided in Dependency on the pressure in the engine combustion chamber that adjusts itself on devices for influencing the size of the stored in these gas buffers Return work, e.g. B. on devices for changing the dead space size of these buffers, works.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure for automatic regulation of the size of the combustion chamber a B-internal combustion engine with a free-flying piston by changing the position on it The return work transferred to the piston during the return stroke (compression of the engine cylinder charge), characterized in that the means determining the size of the return work can be adjusted depending on the pressure occurring in the combustion chamber.

2. Procedure according to claim i, characterized in that the size of the dead space is a return work working space (compressor space, buffer space) depending on the in Pressure occurring in the combustion chamber is changed.

3. Facility for carrying out the procedure according to claim i or 2, characterized in that with the combustion chamber (7) of the free-flight piston engine a container (52) via a check valve that opens towards this container (5o) is connected that to this container one in relation to the passage of the Check valve (5o) small, constantly open discharge nozzle (53) is connected and also tore an adjusting device exposed to the pressure in the container (5.2) (55 to 57) is provided which, depending on this pressure, a device (6o to 64) for changing the return work causing the return stroke of the flight mass (3, io) controls.