DE1451991B1

DE1451991B1 - Internal combustion engine in double piston design

Info

Publication number: DE1451991B1
Application number: DE1965L0050891
Authority: DE
Inventors: Wilton Gabriel Lundquist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-06-30
Filing date: 1965-06-11
Publication date: 1970-04-02
Also published as: ES314002A1; BE665703A; US3266472A; NL6507860A; GB1088617A; DE6600490U; SE317545B; CH422424A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen in Doppelkolbenausführung.The invention relates to internal combustion engines in double piston design.

Es sind Brennkraftmaschinen in Doppelkolbenausführung bekannt, bei denen bereits Maßnahmen ergriffen worden sind, die der Veränderung des effektiven Brennraumvolumens und des Gaswechselvorgangs dienen.There are known internal combustion engines in double piston design which measures have already been taken to change the effective Serve the combustion chamber volume and the gas exchange process.

So gibt es Brennkraftmaschinen in Doppelkolbenausführung, die in einem Zylinderblock mindestens ein Zylinderpaar mit gemeinsamem Brennraum aufweisen, wobei einer der Zylinder mit einem Einlaßkanal und der andere mit einem Auslaßkanal versehen ist, und eine Vorrichtung vorgesehen ist, durch die während des Betriebes sowohl das effektive Volumen des Brennraumes als auch die zuzuführende Frischluftmenge veränderbar ist.So there are internal combustion engines in double piston design that in one Cylinder block have at least one pair of cylinders with a common combustion chamber, wherein one of the cylinders is provided with an intake port and the other is provided with an exhaust port is, and a device is provided by both during operation the effective volume of the combustion chamber as well as the amount of fresh air to be supplied is changeable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung zur Beherrschung des effektiven Brennraumvolumens und zugleich des Gaswechselvorgangs zu schaffen.The invention is based on the object of a simple device to control the effective combustion chamber volume and at the same time the gas exchange process to accomplish.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine vorstehend beschriebene Brennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Brennraumes als die Zylinder eines Paares miteinander verbindender Querdurchlaß ausgebildet ist und die Vorrichtung aus einem unter der Wirkung von Strömungsmitteldruck verschiebbar in dem Zylinderblock zur Bewegung in dem duerdurchlaß angebrachten Kolben besteht, dessen Weg in den Ouerdurchlaß durch einen Anschlag begrenzt ist, der das Schließen des Querdurchlasses durch den Kolben verhindert.An internal combustion engine described above is used to achieve this object characterized in that part of the combustion chamber is used as the cylinders of a pair interconnecting transverse passage is formed and the device from one slidable in the cylinder block under the action of fluid pressure There is movement in the piston attached to the throat, the path of which into the throat is limited by a stop that closes the transverse passage through the Piston prevented.

Der Strömungsmitteldruck kann von einer einstellbaren Quelle konstanten Druckes über ein Rückschlagventil in eine Kammer wirken, aus welcher der Strömungsmittelauslaß durch ein schließbares Strömungsbeschränkungsventil gesteuert wird.The fluid pressure can be constant from an adjustable source Pressure act through a check valve in a chamber from which the fluid outlet is controlled by a closable flow restriction valve.

Das schließbare Strömungsbeschränkungsventil ist vorzugsweise ein Nadelventil.The closable flow restriction valve is preferably a Needle valve.

Der Kolben kann verschiebbar in einer Bohrung angeordnet sein, die sich zum Teil in einem Gehäuse befindet, welches ein inneres, in abgedichtetem Eingriff mit einem entsprechenden Zylinderkopf stehendes Ende hat, wobei das Gehäuse ein äußeres geschlossenes Ende aufweist, das die Strömungsmitteldruckkammer bildet, die das Außenende des Kolbens aufnimmt.The piston can be slidably arranged in a bore, the is located in part in a housing which has an inner, in sealed engagement has a standing end with a corresponding cylinder head, the housing being a has outer closed end defining the fluid pressure chamber, which receives the outer end of the piston.

Der genannte Anschlag ist zweckmäßig ein an einem Außenende des Kolbens befestigter Flansch, der mit einer in dem Gehäuse gebildeten Schulter zusammenarbeitet.The abovementioned stop is expediently one at an outer end of the piston fixed flange that cooperates with a shoulder formed in the housing.

Der Kolben ist vorzugsweise mit einer Einrichtung versehen, die ein Kühlströmungsmittel durch ihn zirkulieren läßt.The piston is preferably provided with a device that a Circulating cooling fluid through it.

Zusätzlich zu der Änderung des Volumens der Verbrennungskammer durch Bewegung des Kolbens steuert die Bewegung des Kolbens in dem Querdurchlaß die Strömung von Einlaßladung und Auslaßgas zwischen den Zylindern, um dadurch den Prozentsatz an Frischluft zu ändern, die während jedes Taktes zugeführt werden soll.In addition to changing the volume of the combustion chamber by Movement of the piston controls the movement of the piston in the transverse passage to control the flow of inlet charge and outlet gas between the cylinders, thereby increasing the percentage to change the fresh air that is to be supplied during each cycle.

Der vorhandene Kolben kann auch als eine Drossel benutzt werden, um für einen erwünschten niedrigen Luft- (oder Gasmischungs-)fluß zum Starten, Leerlauf oder geringem Kraftlauf bei hohem Umlauf pro Minute zu sorgen.The existing piston can also be used as a throttle to for a desired low air (or gas mixture) flow for starting, idle or low power flow at high revolutions per minute.

Die Erfindung ist nachfolgend beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen ist F i g. 1 eine Ansicht einer die Erfindung enthaltenden Maschine, F i g. 2 eine Draufsicht auf einen der Zylinderblöcke der Maschine nach F i g. 1, wobei Teile im Schnitt gezeigt sind, F i g. 3 eine Seitenansicht des oberen Teiles des in F i g. 2 gezeigten Zylinderblockes, F i g. 4 ein Schnitt nach der Schnittlinie 4-4 in F i g. 3, F i g. 5 ein Schnitt nach der Schnittlinie 5-5 in F i g. 4 und längs der Schnittlinie 5-5 in F i g. 2 und F i g. 6 ein Schnitt nach der Schnittlinie 6-6 in Fig.4.The invention is described below, for example, with reference to the drawings described in which F i g. 1 is a view of one incorporating the invention Machine, fig. FIG. 2 is a top plan view of one of the cylinder blocks of the engine according to FIG F i g. 1, with parts shown in section, FIG. 3 is a side view of the upper one Part of the in F i g. 2 cylinder block shown, F i g. 4 a section after the Section line 4-4 in FIG. 3, fig. 5 is a section along section line 5-5 in F i g. 4 and along the section line 5-5 in F i g. 2 and F i g. 6 a section after the section line 6-6 in Fig. 4.

Die in F i g. 1 dargestellte Brennkraftmaschine enthält eine Mehrzahl von Zylinderblöcken, die allgemein mit A, B, C und D bezeichnet sind. In der vorliegenden Ausführung sind die Zylinderblöcke symmetrisch um eine mit A. S. bezeichnete Symmetrieachse angeordnet. Solche Maschinen sind bekannt. Die hier gezeigte Maschine ist eine Zweitaktmaschine des Dieseltyps, jedoch kann die Erfindung auch bei Viertaktmaschinen gegebenenfalls mit Fremdzündung benutzt werden.The in F i g. The internal combustion engine shown in FIG. 1 includes a plurality of cylinder blocks, generally designated A, B, C and D. In the present embodiment, the cylinder blocks are arranged symmetrically around an axis of symmetry designated AS. Such machines are known. The machine shown here is a two-stroke engine of the diesel type, but the invention can also be used in four-stroke engines with spark ignition if necessary.

Jeder der Zylinderblöcke ist von der U-Type (Doppelkolbenbauart) mit einem Paar Zylindern 11 und 12 und einem gemeinsamen Brennraum 13, der einen Querdurchlaß 14 einschließt, der die Zylinder 1.1 und 12 miteinander verbindet. Der Zylinder 11 ist mit einem Auslaßkanal 15 und der Zylinder 12 mit einem Einlaßkanal 16 versehen. Ein Kolben 17 ist im Zylinder 12 angeordnet und steuert den Einlaßkanal 16, während ein Kolben 18 im Zylinder 11 angeordnet ist und den Auslaßkanal15 steuert. Der Zylinderblock dieser U-Type enthält einen Zylinderkopf 19 und einen Wassermantel 20, der für einen Wassermantelraum 21 dazwischen zum Zwecke der Kühlung des Zylinderkopfes durch Wasser oder ein anderes Kühlmittel sorgt.Each of the cylinder blocks is of the U-type (double piston type) with a pair of cylinders 11 and 12 and a common combustion chamber 13 which includes a transverse passage 14 which connects the cylinders 1.1 and 12 to one another. The cylinder 11 is provided with an exhaust port 15 and the cylinder 12 is provided with an intake port 16. A piston 17 is arranged in the cylinder 12 and controls the inlet channel 16, while a piston 18 is arranged in the cylinder 11 and controls the outlet channel 15. The cylinder block of this U-type contains a cylinder head 19 and a water jacket 20, which provides a water jacket space 21 therebetween for the purpose of cooling the cylinder head by water or another coolant.

Jeder der Zylinderblöcke A, B, C und D (F i g. 1.) enthält die gleiche Anordnung, wie sie vorher mit Bezug auf den Zylinderblock A beschrieben ist. Der Betriebsbrennstoff wird mittels Brennstoffrohren zugeführt, aus denen der Brennstoff jeweils direkt in den gemeinsamen Brennraum .durch Brennstoffeinspritzbaugruppen eingeführt wird.Each of the cylinder blocks A, B, C, and D (FIG. 1) includes the same arrangement as previously described with respect to the cylinder block A. The operating fuel is supplied by means of fuel pipes, from which the fuel is introduced directly into the common combustion chamber through fuel injection assemblies.

Es sei bemerkt, daß die nachfolgend mit Bezug auf Zylinderblock A beschriebenen Merkmale ebenfalls mit Bezug auf die anderen Zylinderblöcke B, C und D vorgesehen sind und vorzugsweise gleichzeitig betätigt werden.It should be noted that the following with reference to cylinder block A. features described also with reference to the other cylinder blocks B, C and D are provided and are preferably operated simultaneously.

Unter besonderem Hinweis auf die F i g. 4 und 5 ist der Zylinderkopf 19 mit einer Gewindebohrung 25 versehen, die sich in Axialrichtung quer zu dem Querdurchlaß 14 erstreckt, und in dieser Gewindebohrung ist ein Kolbengehäuse 26 angeordnet, welches mit mit dieser zusammenwirkenden Schraubengewindegängen versehen und abgedichtet ist, um eine strömungsmitteldichte Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Zylinderkopf herzustellen. Das Kolbengehäuse ist mit einer glatten Bohrung 27 versehen, die sich von seinem inneren Ende nach auswärts erstreckt, um einen Kolben 28 aufzunehmen. Ringdichtungen sind zwischen der Gehäusebohrung 27 und dem Kolben 28 vorgesehen, um eine strömungsmitteldichte Abdichtung dazwischen während der Hin- und Herbewegung dieses Kolbens zu bewirken.With particular reference to FIG. 4 and 5 is the cylinder head 19 provided with a threaded hole 25 which extends in the axial direction transversely to the transverse passage 14 extends, and in this threaded bore a piston housing 26 is arranged, which is provided and sealed with screw threads cooperating with this is to provide a fluid-tight connection between the housing and the cylinder head to manufacture. The piston housing is provided with a smooth bore 27, which extends outwardly from its inner end to receive a piston 28. Ring seals are provided between the housing bore 27 and the piston 28, a fluid tight seal therebetween during reciprocation to effect this piston.

Das Außenende des Gehäuses 26 ist mit einer Senkbohrung 29 versehen, die nach einwärts in einer Schulter 30 endet. Das Außenende des Gehäuses 26 ist mittels eines Gehäusekopfes 31 geschlossen, der dazu dient, eine geschlossene Strömungsmitteldruckkammer in dem Gehäuse 26 zu bilden. Der Kopf 31 enthält eine ringförmige Hülse 32, die im Gewindeeingriff mit dem Außenende des Gehäuses 26 steht. Ein Leitungsglied 33 (s. auch F i g. 6) ist an seinem unteren Ende mit einem Teil versehen, welcher das Gehäuse 26 umfaßt und dicht in Stellung zwischen die Innenfläche der Hülse 32 und eine Gehäuseschulter 34 geklemmt ist, wobei Kupferdichtungen angrenzend an die entgegengesetzten Flächen des Gliedes 33 eingefügt sind. Sie dienen dem Zweck, eine Strömungsmitteldichtung zwischen dem Gehäuse 26 und seinem Kopf 31 und auch eine strömungsmitteldichte Abdichtung zwischen dem Gehäuse 26 und dem umfassenden Glied 33 für nachfolgend zu beschreibende Zwecke herzustellen. Der Kopf 31 ist mit einem axial angeordneten hohlen Schaft 36 versehen, der sich in einer Axialbohrung 37, die in dem Kolben 28 vorgesehen ist, nach einwärts erstreckt. Das Innenende des Schaftes 36 ist mit einem Kopfteil versehen, der sich durch Dichtungsringe 38 in strömungsmitteldichter Abschlußverbindung mit der Bohrung 37 des Kolbens 28 befindet. Das Außenende des Schaftes 36 ist im Durchmesser reduziert, um einen ringförmigen Zwischenraum 39 herzustellen, der einen Teil .der geschlossenen Strömungsmitteldruckkammer bildet, in welcher der Kolben 28 wirksam angeordnet ist. Ein Rohr 40 ist starr an seinem Außenende an einer Platte 41 montiert und kann mit einer Quelle eines Kühlströmungsmittels, z. B. Wasser verbunden sein.The outer end of the housing 26 is provided with a countersunk hole 29, the inward in one Shoulder 30 ends. The outer end of the Housing 26 is closed by means of a housing head 31, which serves to provide a to form a closed fluid pressure chamber in the housing 26. The head 31 includes an annular sleeve 32 which is threadedly engaged with the outer end of the Housing 26 is. A line member 33 (see also Fig. 6) is at its lower End provided with a part which encompasses the housing 26 and is tightly in place is clamped between the inner surface of the sleeve 32 and a housing shoulder 34, with copper seals adjacent the opposite faces of member 33 are inserted. Their purpose is to create a fluid seal between the Housing 26 and its head 31 and also a fluid tight seal between housing 26 and encompassing member 33 for purposes to be described below to manufacture. The head 31 is provided with an axially arranged hollow shaft 36, which extends inwardly in an axial bore 37 which is provided in the piston 28 extends. The inner end of the shaft 36 is provided with a head portion that extends by sealing rings 38 in fluid-tight connection with the bore 37 of the piston 28 is located. The outer end of the shaft 36 is reduced in diameter, in order to produce an annular gap 39 which forms part of the closed Forms fluid pressure chamber in which the piston 28 is operatively arranged. A tube 40 is rigidly mounted at its outer end on a plate 41 and can with a source of cooling fluid, e.g. B. be connected to water.

Das Rohr erstreckt sich axial nach einwärts in die Bohrung 37 des Kolbens 28, und zwar mit Abstand zu der hohlen Bohrung im Schaft 36, um für die Strömung des Kühlströmungsmittels in den Kolben 28 und dann nach auswärts zu der Wasserkühlkammer 21 zu sorgen, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Das Gehäuse 26 ist mit Kühlrippen 42 versehen. Das Außenende des Kolbens 28 ist mit einem Flansch 28' versehen, der an der Gehäuseschulter 30 angreifen kann, um den Einwärtshub des Kolbens zu begrenzen, so daß sein Innenende sich nur bis zu einer vorherbestimmten Stellung bewegt, die durch die gestrichelte Linie L angegeben ist, um zu sichern, daß der Querdurchlaß 14 nicht zu irgendeinem Zeitpunkt vollständig geschlossen ist.The tube extends axially inwardly into the bore 37 of the Piston 28, at a distance from the hollow bore in the shaft 36 in order for the Flow of the cooling fluid into the piston 28 and then outward to the To provide water cooling chamber 21, as indicated by the arrows. The case 26 is provided with cooling fins 42. The outer end of the piston 28 has a flange 28 'provided, which can act on the housing shoulder 30 to the inward stroke of the Limit the piston so that its inner end extends only up to a predetermined one Moved to the position indicated by the dashed line L to ensure that the transverse passage 14 is not completely closed at any time.

Es werden nun die Mittel zur Betätigung des Kolbens 28 beschrieben. In der vorliegenden Ausführung wird ein hydraulisches Druckströmungsmittel benutzt, da dies unter normalen Bedingungen das bevorzugte Druckströmungsmittel ist. Indessen kann auch ein pneumatisches Druckströmungsmittel verwendet werden, wenn sich dasselbe unter einem hohen Druck befindet, um den gewünschten Maximalzylinderdruck zu überwinden.The means for actuating the piston 28 will now be described. In the present embodiment, a hydraulic pressure fluid is used, as this is the preferred pressurized fluid under normal conditions. Meanwhile Pneumatic pressurized fluid can also be used if the same is under a high pressure to overcome the desired maximum cylinder pressure.

Das Leitungsglied 33 (Fig. 4 und 6) ist mit einem nach aufwärts verlaufenden Schaft 50 versehen, der durch ein Packungsglied 51 hindurchgeht, welches eine Dichtung bildet. Das obere Ende des Schaftes 50 bildet einen Teil einer Steuerventilverbindung, die allgemein mit 52 bezeichnet ist. Der Schaft 50 hat einen Durchlaß 53, der mit einem Einlaßdurchlaß 54 in Verbindung steht, um das Druckströmungsmittel aufzunehmen, welches durch ein Rückschlagventil 55 (F i g. 2) hindurchgeht. Der Durchlaß 53 erstreckt sich über den Einlaßdurchlaß 54 hinaus, wo er vergrößere ist, um eine Kammer 56 zu bilden, aus welcher Radialkanäle 57 mit einem Auslaßdurchlaß 58 in Verbindung stehen. Ein Nadelventil 59 ist durch einen Hebel 60 aus der geschlossenen Stellung in einen gewünschten Offenstellungsgrad einstellbar, um den Durchgang des Druckströmungsmittels durch den Auslaßkanal58 zu steuern. Der Auslaßkana158 ist mittels eines Rohres 61 (F i g. 2) mit einem Druckströmungsmittelsystem verbunden, welches nunmehr mit Bezug auf die schematische Darstellung beschrieben werden soll. Druckströmungsmittel wird von einer Druckpumpe 62 und/oder einem Vorratstank 63 eines komprimierten Strömungsmittels zugeführt. Es sind Druckregelventile 64 und 65 vorgesehen, um das System in der nachfolgend beschriebenen Weise zu steuern.The conduit member 33 (Figures 4 and 6) is provided with an upwardly extending stem 50 which passes through a packing member 51 which forms a seal. The upper end of the stem 50 forms part of a control valve connection, indicated generally at 52. The stem 50 has a passage 53 which communicates with an inlet passage 54 for receiving the pressurized fluid which passes through a check valve 55 (Fig. 2). The passage 53 extends beyond the inlet passage 54 where it is enlarged to form a chamber 56 from which radial channels 57 communicate with an outlet passage 58. A needle valve 59 is adjustable from the closed position to a desired degree of open position by a lever 60 to control the passage of pressurized fluid through the outlet passage 58. The outlet channel 158 is connected by means of a pipe 61 (FIG. 2) to a pressurized fluid system which will now be described with reference to the schematic illustration. Pressurized fluid is supplied from a pressure pump 62 and / or a storage tank 63 of a compressed fluid. Pressure control valves 64 and 65 are provided to control the system in the manner described below.

Vor dem Anlassen der Maschine wird Strömungsmittel unter genügendem Druck durch das Rückschlagventil 55 und den Einlaßdurchlaß 54 in den Durchlaß 53 eingeführt, von wo es durch einen Kanal 43 in die geschlossene Strömungsmittelkammer 29 geht und wobei es auf den Kolben 28 drückt, um ihn nach einwärts über den Querdurchlaß 14 bis zu der Linie L in F i g. 4 zu bewegen. Wenn die Maschine startet, um zu arbeiten, wirken die Zylinderverbrennungsdrücke und/oder Kompressionsdrücke, um den Kolben gegen den Druck des Betätigungsströmungsmittels in das Gehäuse zurückzudrängen. Der Zurückziehungsgrad oder die Stellung des Kolbens 28 kann, wenn gewünscht wird, daß er bei teilweiser Zurückziehung angehalten werden soll, durch Einstellung des Nadelventils 59 gesteuert werden, um einen gesteuerten Auslaß durch das Rohr 61 zu gestatten oder um den Auslaß gänzlich abzuschneiden, um dadurch den Kolben in einer teilweise zurückgezogenen Stellung zu stoppen. Auf diese Weise kann die Maschine mit einem hohen-Kompressionsverhältnis gestartet werden, welches automatisch auf ein vorherbestimmtes niedrigeres Verhältnis wechselt, nachdem die Maschine gestartet ist.Prior to starting the engine, fluid is introduced under sufficient pressure through check valve 55 and inlet passage 54 into passage 53, from where it passes through passage 43 into closed fluid chamber 29 and pushes piston 28 inwardly about it across the transverse passage 14 to the line L in FIG. 4 to move. When the engine starts to work, the cylinder combustion pressures and / or compression pressures act to force the piston back into the housing against the pressure of the actuating fluid. The degree of retraction or position of the piston 28, if it is desired to be stopped upon partial retraction, can be controlled by adjusting the needle valve 59 to permit controlled outlet through the tube 61 or to cut off the outlet altogether to thereby stop the piston in a partially retracted position. In this way, the engine can be started with a high compression ratio which automatically changes to a predetermined lower ratio after the engine is started.

Die Erfindung kann auch- -dazu benutzt werden, um den Maximalzylinderdruck während des Maschinenbetriebes unter hohen Kraftbedingungen zu begrenzen. Um dies auszuführen, wird ein hoher Druck, der empirisch zu dem gewünschten Maximalzylinderdruck in Beziehung gesetzt ist, über das Rückschlagventil 55 und durch geeignete Einstellung der Steuerventile 64 und 65 und des Nadelventils 59 ausgeübt, wobei die Betätigung des Kolbens 28 automatisch die Maximalzylinderdrücke auf einen vorgewählten Wert steuern wird.The invention can also be used to determine the maximum cylinder pressure during machine operation under high force conditions. To this a high pressure which empirically results in the desired maximum cylinder pressure is related, via the check valve 55 and by appropriate adjustment of the control valves 64 and 65 and the needle valve 59 exerted, the actuation of the piston 28 automatically adjusts the maximum cylinder pressures to a preselected value will control.

Claims

Claims: 1. Internal combustion engine in double piston design, which has at least one pair of cylinders with a common combustion chamber in a cylinder block, one of the cylinders being provided with an inlet channel and the other with an outlet channel, and a device is provided through which during operation both the effective Volume of the combustion chamber as well as the amount of fresh air to be supplied can be changed, characterized in that part of the combustion chamber is designed as a cross passage (14) connecting the cylinders of a pair and the device consists of a cylinder block (19) displaceable under the action of fluid pressure Movement in the transverse passage (14) mounted piston (28), whose path into the transverse passage is limited by a stop (28 ') which prevents the closing of the transverse passage (14) by the piston (28). z. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the fluid pressure from an adjustable source of constant pressure (62, 63, 64, 65 ) acts via a check valve (55) into a chamber (29, 39) , from which the fluid outlet acts through a closable flow restriction valve (59) is controlled. 3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the closable flow restriction valve (59) is a needle valve. 4. Internal combustion engine according to claim 2 or 3, characterized in that the piston (28) is slidably arranged in a bore (27) which is partly in a housing (26) which has an inner, in sealed engagement with a corresponding one The cylinder head (19) has a standing end, the housing (26) having an outer closed end defining the fluid pressure chamber (29, 39) which receives the outer end of the piston (28). 5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the stop (28 ') is a flange attached to an outer end of the piston (28) which cooperates with a shoulder (30) formed in the housing (26). 6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the piston (28) is provided with a device (36, 40) which allows a cooling fluid to circulate through it.