DE952667C

DE952667C - Two-stroke opposed piston gas generator

Info

Publication number: DE952667C
Application number: DEP10708A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Othmar Keckstein
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1953-10-28
Filing date: 1953-10-28
Publication date: 1956-11-22

Description

Zweitakt-Gegenkolben-Gasgenerator Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweitakt-Gegenkolben-Gasgenerator mit gegenüberliegenden, im Gleichtakt arbeitenden Stufenkolben und einem Synchronisiergestänge, wobei die Motorzylinder, in welchen die außenliegenden Motorkolben der Stufenkolben gleiten, durch einen Zylinder verbunden sind, der die Verdichterkolben aufnimmt.Two-stroke opposed piston gas generator The invention relates to a Two-stroke opposed piston gas generator with opposite, working in common mode Stepped piston and a synchronizing linkage, the engine cylinder in which the external engine pistons slide the stepped pistons, connected by a cylinder that receives the compressor pistons.

Es sind Ausführungen bekanntgeworden, bei welchen die Verdichterkolben doppelt wirkend ausgeführt sind. Ein Synchronisiergestänge wird nach Lage der Dinge außerhalb des Aggregats angeordnet sein, so daß es vor Beschädigungen durch besondere Gehäuse geschützt werden muß. Damit wird das Aggregat entsprechend groß und sperrig und beansprucht einen Raum, der in keinem Verhältnis zur Leistungsabgabe steht. Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die Verdichterkolben einfach wirkend sind und der Raum zwischen den Innenflächen der Verdichterkolben beider Stufenkolben beim Arbeitshub des Motorkolbens nicht nur zur Energiespeicherung dient,. sondern auch das den Gleichlauf bewirkende Gestänge aufnimmt. Dadurch wird die Voraussetzung für eine kleinstmögliche Bauart von derartigen Aggregaten geschaffen und dies nur deshalb, weil dfas Gestänge innerhalb des Motors angeordnet ist. Dieses ist gleichzeitig vor Beschädigung geschützt und bedarf praktisch keiner Wartung, da es nach außen zu abgeschlossen ist. Besondere Abdichtungen sind ebenfalls nicht erforderlich, da das Gestänge keine weiteren Räume wie den Verdichter durchsetzt. Der Motorzylinder steht mit dem Verdichtungsraum des Verdichters über eine offen verlegte Druckleitung in Verbindung, wodurch eine gute Kühlung des Druckrohres erreicht wird.There are versions known in which the compressor piston are designed to be double-acting. A synchronizing linkage is made according to the state of affairs be arranged outside the unit so that it is protected from damage by special Housing must be protected. This makes the unit correspondingly large and bulky and takes up a space that is disproportionate to the power output. These disadvantages are avoided according to the invention in that the compressor piston are single acting and the space between the inner surfaces of the compressor pistons Both stepped pistons on the working stroke of the engine piston not only for energy storage serves. but also takes up the linkage causing the synchronism. This will created the prerequisite for the smallest possible design of such units and this only because the linkage is located inside the engine. This is at the same time protected from damage and requires practically no maintenance, because it is closed to the outside. Special seals are also not required because the linkage does not penetrate any other spaces such as the compressor. Of the The engine cylinder is open to the compression chamber of the compressor Pressure line in connection, whereby a good cooling of the pressure pipe is achieved.

Zur Steigerung der Kühlwirkung kann das Rohr außen zusätzlich mit Rippen versehen sein. Weiter ist die offen verlegte, die Verbindung zwischen Verdichter und Motorraum bewerkstelligende Druckleitung sowohl gegen den Motor als auch gegen den Verdichterraum durch Ventile abgeschlossen, so daß der bei der Beendigung des Verdichtungshubes vorhandene Luftdruck in der Druckleitung im wesentlichen während des Arbeitshubes des Motorkolbens aufrechterhalten wird, wobei das am motorraumseitigen Ende der Druckleitung angeordnete Ventil von dem in der Druckleitung herrschenden Luftdruck selbsttätig gesteuert wird. Die mechanische Steuerung des Motoreinlaßventils, welches leicht zu Störungen neigt, wird somit ausgeschieden. Die Steuerung der Auslaßschlitze des Motors erfolgt durch den Arbeitskolben in solcher Weise, daß nach eingeleitetem Auslaß das Einlaßventil infolge der erfolgten Druckminderung im Brennraum des Zylinders von der unter Druck stehenden Luftsäule in der Druckleitung geöffnet wird und ein Spülen des Brennraumes nach Art einer Gleichstromspülung stattfindet. Der Gleichlauf der .Stufenkolben kann weiter durch einen Kurbeltrieb erfolgen, so daß die Hilfsmaschinen durch diesen Kurbeltrieb direkt oder über ein Getriebe angetrieben werden können, wobei die Hilfsaggregate direkt am Totstufenzylinder angebracht sind. Diese Zusammenfassung der I-ülfsaggregate am Totstufenzylinder, vorzüglich zu beiden Seiten des Kurbeltriebes, ergibt eine übersichtlich und leicht zugängliche Ausführung.To increase the cooling effect, the pipe can also be used on the outside Be provided with ribs. Next is the openly laid connection between the compressor and pressure line managing engine compartment both against the engine and against the compression chamber closed by valves, so that the at the end of the Compression stroke existing air pressure in the pressure line essentially during of the working stroke of the engine piston is maintained, with the one on the engine compartment side End of the pressure line arranged valve from the one prevailing in the pressure line Air pressure is controlled automatically. The mechanical control of the engine intake valve, which tends to be disturbed is thus eliminated. The control of the outlet slots of the engine takes place through the working piston in such a way that after initiated Outlet the inlet valve as a result of the pressure reduction in the combustion chamber of the cylinder is opened by the pressurized air column in the pressure line and a Flushing the combustion chamber takes place in the manner of a direct current flushing. The synchronism the .Stepenkolben can be done by a crank mechanism, so that the auxiliary machines can be driven by this crank drive directly or via a gear, whereby the auxiliary units are attached directly to the dead-step cylinder. This summary the I-ülfsaggregate on the dead stage cylinder, especially on both sides of the crank mechanism, results in a clear and easily accessible design.

In der Zeichnung, welche eine beispielsweise Ausführung der Erfindung zeigt, ist Fig. i ein schematisch dargestellter Schnitt durch einen Diesel-Zweitakt-Gegenkolben-Gasgenerator gemäß der Erfindung und Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i. Das Aggregat besteht aus zwei Stufenkolben, wobei die Kolben mit dem kleineren Durchmesser als Motorkolben 1, i' und die mit den Motorkolben i, -i' lösbar oder unlösbar verbundene, einen großen Durchmesser aufweisende Kolben 2,:2' als Verdichterkolben wirken. Die Motorkolben i, i' sind nach außen gerichtet und in den Motorzylindern 3, 3' angeordnet. Die Verdichterkolben 2, 2' sind in einem für beide Kolben gemeinsamen Zylinder 4. untergebracht. Der Raum 5 zwischen den beiden Verdichterkolben :2"2' im Verdichterzylinder 4 ist mit Luft gefüllt, so daß beim Arbeitshub des Motorkolbens i, i' die Luft im Verdichterzylinder 4 durch die beiden Verdichterkolben komprimiert wird. Dadurch wird Arbeit gespeichert; welche beim Auswärtshub die -Verdichtung sowohl im Motor als auch im Kompressor bewirkt.In the drawing, which shows an example embodiment of the invention Fig. i is a schematically illustrated section through a diesel two-stroke opposed piston gas generator according to the invention and FIG. 2 is a section along the line II-II of FIG. That The unit consists of two stepped pistons, the piston with the smaller diameter as the engine piston 1, i 'and the releasably or non-releasably connected to the engine pistons i, -i', large-diameter pistons 2,: 2 'act as a compressor piston. the Engine pistons i, i 'are directed outwards and are arranged in the engine cylinders 3, 3'. The compressor pistons 2, 2 'are in a cylinder 4 common to both pistons. housed. The space 5 between the two compressor pistons: 2 "2 'in the compressor cylinder 4 is filled with air, so that during the working stroke of the engine piston i, i 'the air in the Compressor cylinder 4 is compressed by the two compressor pistons. Through this work is saved; which on the outward stroke the compression both in the engine as well as in the compressor.

Um ein Abwandern der beiden Kolbensätze aus ihrer Symmetrielage zu vermeiden, ist ein Kurbeltrieb 6 im Totstufenraum 5 des Verdichterzylinders 4 untergebracht, wobei beide Stufenkolben mittels Pleuelstangen 7, 7' synchronisiert werden. Die Befestigung der Pleuelstangen 7, 7' an den Stufenzylindern erfolgt durch exzentrisch an den Stufenzylindern angeordnete Kolbenbolzen 8, 8', wodurch zugleich die Kolbensätze gegen Drehung gesichert sind.In order to prevent the two piston sets from migrating out of their symmetrical position avoid, a crank mechanism 6 is housed in the dead space 5 of the compressor cylinder 4, both stepped pistons are synchronized by means of connecting rods 7, 7 '. the The connecting rods 7, 7 'are fastened to the stepped cylinders by eccentric means piston pins 8, 8 'arranged on the stepped cylinders, which at the same time make the piston sets are secured against rotation.

Die in den Lagern 9 des Verdichterzylinders 4 gelagerte Kurbeltriebwelle io ist an beiden Seiten aus dem Verdichterzylinder 4 hinausgeführt, wodurch die Einspritzpumpe samt dem Regler i i direkt von der Kurbelwelle io angetrieben wird; das an der gegenüberliegenden Seite des Verdichterzylinders angeordnete Kühlgebläse 12 dagegen wird über einen am Schwungrad 13 angebrachten Zahnkranz angetrieben. Weiter ist zum Anwerfen des Aggregats ein elektrischer Anlasser 14 vorgesehen.The crankshaft mounted in the bearings 9 of the compressor cylinder 4 io is led out of the compressor cylinder 4 on both sides, whereby the The injection pump and the controller i i are driven directly by the crankshaft io; the cooling fan located on the opposite side of the compressor cylinder 12, on the other hand, is driven via a ring gear attached to the flywheel 13. An electric starter 14 is also provided for starting the unit.

Da die Anordnung und Wirkungsweise der Kompressor- und Motoraggregate beider Seiten gleich ist, wird im folgenden nur ein Aggregat beschrieben.Because the arrangement and mode of operation of the compressor and motor units is the same on both sides, only one unit is described below.

Für den Einläß von Luft in den Verdichterraum des Kompressors ist der Verdichterzylinder 4 an beiden Enden im Bereich des oberen Totpunktes der Verdichterkolben 2, 2' mit einer größeren Anzahl von Saugventilen 15 versehen, welche gleichmäßig am Umfang des Verdichterzylinders 4 angeordnet sind. Der Verdichterraum des Kompressors ist gegenüber dem Druckraum 16, in welchem die Spül-und Ladeluft für den Brennraum des Motorzylinders 3 gespeichert wird, mittels Druckventilen 17 abgeschlossen. Vom Druckraum 16 führt zum Zylinderkopf des Motors eine offen verlegte Druckleitung 18, welche gegenüber dem Brennraum durch ein von dem in der Druckleitung 18 herrschenden Luftdruck gesteuertem Ventil i9 abgeschlossen ist. Der Motorzylinder ist mit Auslaßschlitzen 2o versehen, durch welche die Brenngase über eine Leitung 21 zu der nicht dargestellten Nutzleistungsturbine gelangen.For the inlet of air into the compression chamber of the compressor is the compressor cylinder 4 at both ends in the area of the top dead center of the compressor piston 2, 2 'provided with a larger number of suction valves 15, which evenly are arranged on the circumference of the compressor cylinder 4. The compressor room of the compressor is opposite the pressure chamber 16, in which the scavenging and charge air for the combustion chamber of the engine cylinder 3 is stored, completed by means of pressure valves 17. From the Pressure chamber 16 leads to the cylinder head of the engine through an open pressure line 18, which is opposite to the combustion chamber by a prevailing in the pressure line 18 Air pressure controlled valve i9 is complete. The engine cylinder is with exhaust ports 2o provided, through which the fuel gases via a line 21 to the not shown Power turbine arrive.

Beim Starten des Gasgenerators wird auf bekannte Weise das Ritzel 22 des -elektrischen Anlassers 14 in Eingriff mit dem Zahnkranz des Schwungrades 13 gebracht, welches in Drehung versetzt wird. Die Drehbewegung des Schwungrades wird mittels Kurbelwelle 6 und Pleuelstangen 7, 7' in eine schiebende umgewandelt und auf die einzelnen Stufenkolben übertragen. In dem Verdichterraum des Stufenkolbens wird hierbei die eingeschlossene Luft komprimiert, und nach Erreichung eines bestimmten Druckes werden durch diesen die den Druckraum 16 abschließenden Ventile 17 geöffnet, welche so lange offen bleiben, bis der Verdichterkolben 2 seinen oberen Totpunkt erreicht hat. In diesem Augenblick findet keine weitere Verdichtung der im Kompressorraum vorhandenen Luft statt, so daß Druckgleichheit zwischen Kompressor- und Druckraum besteht und die Ventile i7 durch Druckfedern in ihre Ruhestellung gepreßt werden.When the gas generator is started, the pinion is activated in a known manner 22 of the electric starter 14 in engagement with the ring gear of the flywheel 13 brought, which is set in rotation. The rotation of the flywheel is converted into a sliding one by means of the crankshaft 6 and connecting rods 7, 7 ' and transferred to the individual stepped pistons. In the compression chamber of the stepped piston the enclosed air is hereby compressed, and after reaching a certain Pressure are opened by this the pressure chamber 16 closing valves 17, which remain open until the compressor piston 2 reaches its top dead center has reached. At this moment there is no further compression in the compressor room existing air instead, so that pressure equilibrium between the compressor and pressure chamber exists and the valves i7 are pressed into their rest position by compression springs.

Im Motorzylinder 3 ist inzwischen die Verbrennungsluft ebenfalls verdichtet worden und in diese kurz vor dem oberen Totpunkt der Dieselbrennstoff eingespritzt. Nach dessen Zünden treibt die Druckwelle den Arbeitskolben i abwärts, wobei zugleich der Verdichterkolben 2 abwärts geht. Da ein Zurücksaugen der Luft aus dem Druckraum 16 durch die geschlossenen Ventile 17 verhindert wird, entsteht im Kompressorraum ein Vakuum, durch welches die Einlaßventile 15 geöffnet werden.In the meantime, the combustion air has also been compressed in the engine cylinder 3 and the diesel fuel was injected into this shortly before top dead center. After it is ignited, the Pressure wave down the working piston i, at the same time the compressor piston 2 goes downwards. There is a sucking back of air is prevented from the pressure chamber 16 by the closed valves 17, arises a vacuum in the compressor room, through which the inlet valves 15 are opened.

Da die Bewegung beider Stufenkolben gleicher Art ist, also beim Arbeitshub beide nach innen gehen, wird Weiter die im Totstufenraum 5 des Kompressorzylinders 4 vorhandene Luft durch die Innenflächen der Kompressorkolben 2, 2 verdichtet und damit Arbeit für den Aufwärtshub gespeichert.Since the movement of both stepped pistons is the same, i.e. during the working stroke Both go inwards, the next one in the dead space 5 of the compressor cylinder 4 compressed air present through the inner surfaces of the compressor pistons 2, 2 and thus saving work for the upstroke.

Werden beim Arbeitshub des Motorkolbens i die im unteren Teil des Motorzylinders z angeordneten Auslaßschlitze 20 freigelegt, so können die Brenngase durch die Leitung 21 zum Gasbehälter der Nutzleistungsturbine entweichen. Hierbei sinkt der Druck im Brennraum des Motors, so daß schließlich der Luftdruck im Druckraum 18, 16 größer als der im Brennraum ist und das Einlaßventil icg hierdurch geöffnet wird, wobei eine Spülung des Brennraumes nach Art einer Gleichstromspülung stattfindet. Die Spülung wird so lange fortgesetzt bis der Motorkolben i beim Aufwärtshub die Auslaßschlitze 20 wieder überdeckt. Die Schließung des Einlaßventils i9 erfolgt nach Erreichung eines bestimmten Kurbelwinkels, wo die Drücke sowohl im Druckraum 18, 16 als auch im Brennraum gleich sind. Danach zeigt der Druck im Brennraum schneller an als imDruckraum r8,16, so daß das Ventil i9 bis zum nächsten öffnen der Auslaßschiitze 20 geschlossen bleibt.Are the in the lower part of the Engine cylinder z arranged exhaust slots 20 exposed, so the fuel gases escape through line 21 to the gas tank of the power turbine. Here the pressure in the combustion chamber of the engine drops, so that finally the air pressure in the pressure chamber 18, 16 is larger than that in the combustion chamber and the inlet valve icg is opened as a result the combustion chamber is flushed in the manner of a direct current flush. The flushing is continued until the motor piston i dies on the upstroke Outlet slots 20 covered again. The inlet valve i9 is closed after reaching a certain crank angle where the pressures both in the pressure chamber 18, 16 and in the combustion chamber are the same. After that, the pressure in the combustion chamber shows faster on than in the pressure chamber r8,16, so that the valve i9 opens until the next time the outlet slit is opened 20 remains closed.

Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. So können auch mechanisch gesteuerte Ventile Verwendung finden oder Einlaßschlitze und Auslaßventile.The invention is not restricted to this exemplary embodiment. Mechanically controlled valves or inlet slots can also be used and exhaust valves.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Two-stroke opposed piston gas generator with opposite, im. Stepped pistons operating in the same mode and a synchronizing linkage, the engine cylinders, in which the outer motor pistons of the stepped pistons slide, being connected by a cylinder; which receives the compressor pistons, characterized in that the compressor pistons are single-acting and the space between the inner surfaces of the compressor pistons of both stepped pistons not only serves to store energy during the working stroke of the engine piston, but also takes up the linkage causing the synchronization. a. Two-stroke opposed piston gas generator according to Claim i, characterized in that the engine cylinder is connected to the compression chamber of the compressor via an open pressure line. 3. Two-stroke opposed piston gas generator according to claims i and a, characterized in that the openly laid, the connection between the compressor and engine compartment accomplishing pressure line is closed against both the engine compartment and the compressor compartment by valves, so that the Completion of the compression stroke existing air pressure in the pressure line is maintained substantially during the working stroke of the engine piston. 4. Two-stroke opposed piston gas generator according to claim 3, characterized in that the valve arranged at the engine compartment end of the pressure line is automatically controlled by the air pressure prevailing in the pressure line. 5. Two-stroke opposed piston gas generator according to claims i to 4, characterized in that the control of the outlet slots of the engine by the working piston takes place in such a way that after the outlet has been initiated, the inlet valve as a result of the pressure reduction in the combustion chamber of the cylinder from the pressurized standing air column in the pressure line is opened and purging of the combustion chamber takes place in the manner of a direct current purging. 6. Two-stroke opposed piston gas generator according to claim i, characterized in that the synchronization of the stepped pistons is brought about by a crank mechanism. 7. Two-stroke opposed piston gas generator according to claims i to 6, characterized in that the auxiliary machines are attached to the dead stage cylinder and are driven by the synchronizing crank drive directly or via a transmission. Documents considered: Swiss Patent No. 187 207; French patent specification No. 655 864.