DE1246314B

DE1246314B - Free piston machine

Info

Publication number: DE1246314B
Application number: DEST14663A
Authority: DE
Inventors: Tyman H Fikse
Original assignee: Stewart Warner Corp
Current assignee: Stewart Warner Corp
Priority date: 1958-01-23
Filing date: 1959-01-15
Publication date: 1967-08-03

Description

Freikolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Freikolbenmaschine mit zwei gegenläufigen Kolben in einem Zylinder, bei der die Brennkammern außen und eine Prallkammer zwischen den Kolben im Zylinder angeordnet sind und die Brennstoffeinspritzungen von den Stellungen der Kolben im Zylinder gesteuert werden.Free piston machine The invention relates to a free piston machine with two opposing pistons in a cylinder with the combustion chambers on the outside and an impingement chamber is arranged between the pistons in the cylinder and the fuel injectors controlled by the positions of the pistons in the cylinder.

Es sind Ausführungen mit doppelt wirkenden Verdichterkolben bekannt, bei denen ein Synchronisiergestänge außerhalb des Aggregats angeordnet ist, so daß es vor Beschädigungen durch besondere Gehäuse geschützt werden muß..Damit wird das Aggreaat entsprechend groß und sperrig und beansprucht einen Raum, der in keinem Verhältnis zur Leistungsabgabe steht. Die Anordnung des Synchronisiergestänges außerhalb des Aggregats hat noch den weiteren Nachteil, daß die Durchbruchstellen abgedichtet werden müssen. Da das Gestänge an den Abdichtungsstelleii nicht immer eine geradlinige Bewegung ausführt, macht diese Abdichtung besondere Schwierigkeiten. Bei hohen Drucken in den Zy- lindern treten bei dieser bekannten Konstruktion erhebliche Verluste auf.There are known versions with double-acting compressor pistons, in which a synchronizing linkage is arranged outside the unit, so that it must be protected from damage by special housing Power output stands. The arrangement of the synchronizing linkage outside of the unit has the further disadvantage that the breakthroughs must be sealed. Since the linkage does not always move in a straight line at the sealing point, this sealing creates particular difficulties. With this known construction, considerable losses occur at high pressures in the cylinders.

Es ist ferner eine Freikolbenmaschine mit zwei gegenläufigen Kolben bekannt, bei der zwischen den. Kolben im Zylinder eine einzige Brennkammer mit zugehöriger Brennstoffeinspritzvorrichtung gebildet wird, während an den äußeren Stirnflächen des Zy- linders Prallkammern ausgebildet sind. Bei dieser Ausführung werden die beiden Prallkammern über eine Rohrleitung mit geringem Querschnitt miteinander verbunden, um eine Synchronisierung der Kolbenbewegungen durch die Wirkung des Differenzdrucks zu erzielen. Der Zeitpunkt der Brennstoffzufuhr wird durch den Druck in der innen liegendeft Brennkammer bestimmt. Eine solche Steuerung der Brennstoffeinspätzung ist als Archaouloff-Einspritzung bekannt. Eine übertragung der bekannten Lehre auf eine Freikolbenmaschine mit außen liegenden Brennkarnmern ist bisher nicht gelungen.There is also a free piston machine with two opposing pistons is known in which between the. Piston in the cylinder a single combustion chamber with an associated fuel injection device is formed , while impingement chambers are formed on the outer end faces of the cylinder. In this design, the two impact chambers are connected to one another via a pipeline with a small cross-section in order to synchronize the piston movements through the effect of the differential pressure. The time of fuel supply is determined by the pressure in the internal combustion chamber. Such control of fuel economy is known as Archaouloff injection. A transfer of the known teaching to a free-piston engine with external combustion chambers has not yet been successful.

Aufgabe der Erfindung ist es, die der bekannten Ausführung mit außen liegenden Brennkammem anhaftenden Nachteile durch Umgehung einer mechanischen Synchronisierung zu vermeiden.The object of the invention is that of the known design with the outside lying combustion chambers inherent disadvantages by bypassing a mechanical synchronization to avoid.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Synchronisierung der Kolbenbewegungen die der Brennkammer auf der einen Zylinderseite zugeordnete Einspritzvorrichtung mittels einer Steuerleitung mit einer durch die Auswärtsbewegung des der anderen Zylinderseite zugeordneten Kolbens unter Druck gesetzten Kammer und die andere Einspritzvorrichtung mit einer entsprechenden Kamm r auf der ersten Zylinderseite verbunden ist. 'Die Druckkammer auf der einen Zylinderseite steuert also den Zeitpunkt der Einspritzung auf der anderen Zylinderseite und umgekehrt. Falls der eine Kolben gegenüber dem anderen etwas zurückbleibt, wird der Zeitpunkt der Einspritzung, bezogen auf den zurückgebliebenen Kolben, vorverlegt, wodurch der Gleichlauf der beiden Kolben sehr schnell wieder hergestellt wird.This object is achieved according to the invention in that, in order to synchronize the piston movements, the injection device assigned to the combustion chamber on one side of the cylinder by means of a control line with a chamber pressurized by the outward movement of the piston assigned to the other cylinder side and the other injection device with a corresponding comb r on the first cylinder side is connected. 'The pressure chamber on one side of the cylinder controls the time of injection on the other side of the cylinder and vice versa. If one piston lags slightly behind the other, the point in time of the injection is brought forward in relation to the piston that remained behind, whereby the synchronization of the two pistons is restored very quickly.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Steuerleitung aus einer druckmittelbeaufschlagten Rohrleitung bestehen. Gemäß einer Abwandlung dieser Ausführung wird jeder Druckkammer ein Druckschalter zugeordnet, der über elektrische Leitungen mit einem Magnetventil od. dgl. der-gegenüberliegeilden Einspritzvorrichtung unter Einschaltung einer Stromquelle verbunden ist. Bei der Kompressionsbewegung der Kolben sprechen die auf einen bestimmten Druck eingestellten Druckschalter an und übermitteln auf der jeweils anderen Seite des Zylinders einen Impuls, der bewirkt, daß das Magnetventil geöffnet wird, um eine bestimmte Brennstoffmenge in die Brennkammer einzuspritzen.According to a further embodiment of the invention, the control line consist of a pressurized pipe. According to a modification In this version, each pressure chamber is assigned a pressure switch that operates via electrical lines with a solenoid valve or the like of the opposite injection device is connected with the switching on of a power source. During the compression movement the pistons respond to the pressure switches set to a certain pressure and transmit an impulse on the other side of the cylinder, which causes that the solenoid valve is opened to a certain amount of fuel in the combustion chamber inject.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird darin gesehen, daß die beiden Steuerleitungen einander kreuzen und an der Kreuzungsstelle miteinander kommunizierend verbunden sind. An der Kreuzungsstelle tritt ein Mitteldruck auf, der von den Drücken der beiden gegenüberliegenden Druckkammem beeinflußt wird. Befinden sich die beiden Kolben im Gleichlauf, so ist der Mitteldruck an der Kreuzungsstelle gleich dein Druck in den Druckkammern. Bleibt jedoch ein Kolben hinter dem anderen zurück, so ist der Druck in der dem zurückliegenden Kolben zugeordneten Druckkammer zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Kompressionshubes geringer als der der anderen Druckkammer. An der Kreuzungsstelle der beiden Rohrleitungen stellt sich ein Mitteldruck ein, der zwischen den beiden Drücken der Druckkammem liegt. Die Einspritzung erfolgt bei dieser Ausführung in beiden Brennkammern gleichzeitig, und zwar in Abhängig keit von dem Mitteldruck. Dies hat zur Folge, daß der Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer des. voreilenden Kolbens zurückverlegt wird, während der Beginn der Breniistoffeinspritzung in die Brennkammer des nacheilenden Kolbens vorverlegt wird. Auf diese Weise wird der Gleichlauf der beiden Kolben äußerst schnell wieder hergestellt.Another advantageous embodiment of the invention is seen in that that the two control lines cross each other and at the crossing point with each other are connected in a communicating manner. A medium pressure occurs at the intersection, which is influenced by the pressures of the two opposite pressure chambers. Are located the two pistons in the same direction, the mean pressure is on the point of intersection is your pressure in the pressure chambers. What remains, however, is a piston behind the other, the pressure in the piston is assigned to the one behind the other Pressure chamber lower at a given point in time during the compression stroke than that of the other pressure chamber. At the intersection of the two pipelines a mean pressure is established, which is between the two pressures of the pressure chambers lies. In this version, the injection takes place in both combustion chambers at the same time, depending on the mean pressure. This has the consequence that the point in time the fuel injection is moved back into the combustion chamber of the leading piston is, during the start of fuel injection into the combustion chamber of the trailing Piston is advanced. In this way, the synchronization of the two pistons becomes extremely high quickly restored.

Die durch die Auswärtsbewegung der Kolben unter Dnick gesetzten Kammern können im einfachsten Fall die Brennkammern selbst sein. Vorteilhaft ist es auch, gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung Stufenkolben vorzusehen, wobei zwischen jeweils einer abgesetzten Kolbenwand und der benachbarten abgesetzten Zylinderwand eine Hilfsdruckkammer aebildet wird. Die Hilfsdruckkammer der einen Zylinderseite ist dann nüt der Einspritzvorrichtung der anderen Zylinderseite verbunden.The chambers set under Dnick by the outward movement of the pistons can be the combustion chambers themselves in the simplest case. It is also advantageous according to a further embodiment of the invention to provide stepped pistons, with between each a stepped piston wall and the adjacent stepped cylinder wall an auxiliary pressure chamber is formed. The auxiliary pressure chamber on one side of the cylinder is then connected to the injector on the other side of the cylinder.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt der Freikolberunaschine gemäß der Erlindung, F i g. 2 einen vereinfachten Längsschnitt der Maschine mit einer abgewandelten Ausführung der Synchronisierung, F i g. 3 einen Längsschnitt der Maschine mit vereinfachter Steuerung und.Further features, advantages and possible applications of the new invention emerge from the representations of exemplary embodiments and from the following description. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section of the free piston machine according to the invention, FIG. 2 shows a simplified longitudinal section of the machine with a modified version of the synchronization, FIG. 3 shows a longitudinal section of the machine with simplified control and.

F i 4 einen Längsschnitt wie in F i g. 3, jedoch mit einer weiter abgewandelten Ausbildung der Steuerung. F i 4 shows a longitudinal section as in FIG. 3, but with a further modified design of the control.

In der Zeichnung bedeuten 1 die Brennkraftzylinder, 2 den Verdichterzylinder, 3 die Breinikraftkolben und 4 die Verdichterkolben, 5 die Brennkammern, 6 die Einlaß- und 7 die Auslaßschlitze der Brennkraftzylinder, 8 die Brennstoffeinspritzdüsen, 9 die Kühlwassermäntel, 10 die Verdichterkammer, 11 Hilfsdiuckkammern, 12 Auslaßkanäle der Hilfsdruckkammern, 13 Einlaßkanäle für den Verdichtungsraum 10, 14 Rückschlagventile für die Einlaßkanäle 13, 15 einen Luftfilter, 16 eine Turbinenwelle, 18 eine Turbine, 19 Auslaßrohre, die die Brennkammern 5 mit der Turbine 18 verbinden, und 20 Luftauslaßkanäle mit Luftauslaßventilen für den Verdichtungsraum 10. In the drawing, 1 is the internal combustion cylinder, 2 is the compressor cylinder, 3 is the fuel piston and 4 is the compressor piston, 5 is the combustion chamber, 6 is the inlet and 7 is the outlet slot of the internal combustion cylinder, 8 is the fuel injection nozzle, 9 is the cooling water jacket, 10 is the compressor chamber, 11 is auxiliary pressure chambers, 12 outlet channels of the auxiliary pressure chambers, 13 inlet channels for the compression chamber 10, 14 check valves for the inlet channels 13, 15 an air filter, 16 a turbine shaft, 18 a turbine, 19 exhaust pipes connecting the combustion chambers 5 to the turbine 18 , and 20 air outlet channels with air outlet valves for the compression space 10.

In F i g. 1 sind Einspritzvorrichtungen 23 über dünne Rohrleitungen 22 mit der HüfsdruckkaTnrn r 11 des gegenüberliegenden Kolbens 3, 4 verbunden.In Fig. 1 , injection devices 23 are connected via thin pipelines 22 to the HüfsdruckkaTnrn r 11 of the opposite piston 3, 4.

Bei der Ausführung nach F i g. 2 ist jeder Brennkammer 5 eine Einspritzvorrichtung 28 zugeordnet, die über elektrische Leitungen 27 unter Einschaltung einer Spannungsquelle 30 an einen Druckschalter 26 angeschlossen ist, welcher über eine kurze Rohrleitung mit der Hilfsdruckkammer 11 des gegenüberliegenden Kolbens 3 verbunden ist.In the embodiment according to FIG. 2, each combustion chamber 5 is assigned an injection device 28 which is connected via electrical lines 27 with a voltage source 30 switched on to a pressure switch 26 which is connected to the auxiliary pressure chamber 11 of the opposite piston 3 via a short pipeline.

In F i g. 3 ist die Steuerleitung 22, der Einspritzvorrichtung 23 nicht wie 'in F i g. 1 an die Hilfsdruckkammer des gegenüberliegenden Kolbens, son7 dern an die gegenüberliegende Brennkammer direkt angeschlossen.In Fig. 3 is the control line 22 of the injection device 23 not as in FIG. 1 is connected to the auxiliary pressure chamber of the opposite piston, but directly to the opposite combustion chamber.

In" F i g. 4 sind die Steuer-Rohrleitungen 22 miteinander durch ein Rohrstück 22 a verbunden.In " FIG. 4, the control pipes 22 are connected to one another by a pipe section 22 a.

Claims

Claims: 1. Free piston machine with two opposing pistons in a cylinder, in which the combustion chambers are arranged outside and a Piallkammer between the pistons in the cylinder and the fuel injections are controlled by the positions of the pistons in the cylinder, characterized in that the piston movements are synchronized The injection device (23; 28) assigned to the combustion chamber (5) on one side of the cylinder by means of a control line (22; 22, 22a; 27) with a chamber (11; 5), which by the outward movement of the piston (3, 3, 4) is pressurized, and - the other injection device is connected to a corresponding chamber on the first cylinder side.

2. Free-piston sewing machine according to claim 1, characterized in that the control lines consist of pipelines (22; 22, 22a) charged with pressure medium (Figs. 1, 3 and 4). 3. Free piston machine according to claim 1, characterized in that the control lines (27) are electrical lines which each have a pressure switch (26) connected to the pressurized chamber (11) via the shortest possible pipe with a solenoid valve of the opposite injection device (28 ) with switching on a power source - (30) connect (Fig. 2). 4. Free piston machine according to claim 2, characterized in that the two control lines (22) cross each other and are connected to each other in a communicating manner at the intersection (22a) (F i g. 4). 5. Free piston machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that each piston has two sections (3, 4) with different diameters, which are mounted in corresponding sections (1, 2) of the cylinder, so that between the remote piston wall and an auxiliary pressure chamber (11) is formed on the remote cylinder wall, the auxiliary pressure chamber of one side of the cylinder being connected to the injection device (23; 28) of the other side of the cylinder. Considered pamphlets-. German Patent Nos. 210 751, 803 388, 863 700, 886 827, 952 667; Swiss patents No. 167591, 178 316; British Patent Nos. 226 523, 594 764 #