DE19521378A1

DE19521378A1 - Two=stroke diesel boxer engine with reduced performance loss

Info

Publication number: DE19521378A1
Application number: DE1995121378
Authority: DE
Inventors: Ludwig Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1996-12-19

Abstract

The engine has several injection nozzles per cylinder, which is in three parts. The outlet piston runs 15 deg. of the crank angle isochoric before the inlet the inlet piston for the mixture-forming time period. The piston motion is coupled to a strap-free outlet and inlet part and actuates the cylinder scavenging matched to the ignition frequency. Pref. the sealing, required by the three parts, of the tip piston skirt is attained without piston rings by a duo-thermal combustion, disposing with external cooling, with identical heat expansion of the piston and cylinder.

Description

Überträgt man die Entwicklung des dieselmotorischen Brennverfahrens mit dem duothermischen Ablauf und der damit verbundenen Kolbenentwicklung, die zum Wegfall der Außenkühlung führte, von Viertakt- auf Zweitaktverfahren, so ist mit dem Zweitakt-Gegenkolbenprinzip ein weiterer beachtlicher Schritt in der Leistungs- und Verbrauchsentwicklung möglich. Mit dem Wegfall der Zylinderköpfe entfallen der mechanische Kraftaufwand der Ventilsteuerung und die Wärmeverluste im Zylinderkopf eines Viertaktmotors. Der größere Kurbeltriebaufwand des Gegenkolbenmotors kann dadurch vermieden werden, daß man die Zylinder nicht in Reihe sondern in eine Viereckperipherie anordnet. Dieses erlaubt die Zahl der Gehäuselagerung und die Reibung durch Anordnen von Wälzlagern anstelle von Gleitlagern ebenfalls zu reduzieren.If you transfer the development of the diesel engine combustion process with the duothermal process and the associated piston development leading to Elimination of external cooling led from four-stroke to two-stroke processes, so with that Two-stroke counter-piston principle is another remarkable step in performance and Development of consumption possible. With the elimination of the cylinder heads, the mechanical effort of the valve control and the heat losses in the Cylinder head of a four-stroke engine. The greater crank effort of the Counter-piston engine can be avoided by not in the cylinder Arrange row but in a square periphery. This allows the number of Housing bearing and the friction by arranging rolling bearings instead of Reduce sliding bearings as well.

Das grundsätzlich Neue ergibt sich aus einer anderen Konstruktion, die es erlaubt den Zeitquerschnitt von Ein- und Auslaß gegen die bisherige Konstruktion von Schlitzen und Stegen dadurch zu verdoppeln, daß der Zylinder dreigeteilt ausgeführt ist. Weil Zylinder und Kolben in gleichem Material ausgeführt sind und auf gleiche Temperatur gehalten werden, kann das Kolbenoberteil mit einem gasdichten Mantel ohne Kolbenringe ausgeführt werden, was den Wegfall der Schlitzstege ermöglicht.The fundamentally new results from a different construction that allows it the time cross section of the inlet and outlet against the previous construction of Double slots and ridges by running the cylinder in three parts is. Because cylinders and pistons are made of the same material and the same Temperature can be maintained, the upper piston part with a gas-tight jacket can be carried out without piston rings, which makes it possible to dispense with the slotted webs.

Das duothermische Brennverfahren kann noch dadurch verbessert werden, daß die auslaßseitige Kurbelwelle ca. 15° Vorlauf erhält und damit die beiden Kolben in ihrem oberen Totpunkt während der Einspritzzeit hintereinander herlaufen, wobei das Volumen des Brennraums konstant bleibt. Durch die Anzahl der Einspritzdüsen rings um den Brennraum kann die Einspritzzeit auf etwa 10° bis 15° reduziert werden, so daß auch noch der wichtige erste Teil der Verbrennung isochor (Gleichraum) verläuft, was der optimalen Mischung, Verbrennung und Expansion zugute kommt.The duothermal combustion process can still be improved in that the exhaust-side crankshaft receives about 15 ° lead and thus the two pistons in their top dead center run in succession during the injection time, the Volume of the combustion chamber remains constant. By the number of injectors around around the combustion chamber, the injection time can be reduced to about 10 ° to 15 °, so that the important first part of the combustion is isochoric (constant space), which benefits the optimal mixing, combustion and expansion.

Gleichzeitig wird der letzte Teil der Expansion durch eine optimale Auslaßöffnung im umlaufenden Öffnungsspalt zwischen den inneren und äußeren Zylinderteilen dazu genutzt den Druck des Gases über den Einlaßkolben schon vor Öffnung von Einlaß von plus in minus umzuwandeln indem die Zylindergase mit Schallgeschwindigkeit in Richtung Auslaß beschleunigt werden. Die Druckwelle im Abgasrohr wird dabei so gesteigert, daß ihre Massenkraft ausreicht, um den Spülvorgang ohne Gebläse oder Kolbenspülhub durchzuführen. Durch den Vorlauf des Auslaßkolbens schließt er schon vor Einlaß und bewirkt damit eine Aufladung des Zylinders mit Frischluft. Die Verluste einer Gaswechselarbeit durch Kolben oder Gebläse entfallen. At the same time, the last part of the expansion is through an optimal outlet opening in the circumferential opening gap between the inner and outer cylinder parts used the pressure of the gas through the inlet piston before opening the inlet to convert from plus to minus by turning the cylinder gases into Be accelerated towards the outlet. The pressure wave in the exhaust pipe becomes so increased that their inertia is sufficient to rinse without fan or Piston flush stroke. It closes due to the advance of the outlet piston even before intake and thus causes the cylinder to be charged with fresh air. The There is no loss of gas exchange work by pistons or blowers.

Der für das Brennverfahren erforderliche Luftdrall wird durch tangentiale Lufteinleitung in den Einlaßspalt bewirkt. Das bringt bei dem steglosen Einlaßschlitz eine einwandfreie laminare Drallströmung, wodurch der Mischvorgang durch keine Luftwirbel gestört wird, die einem duothermischen Brennvorgang schaden könnten.The air swirl required for the combustion process is determined by tangential Air is introduced into the inlet gap. That brings with the seamless inlet slot a perfect laminar swirl flow, so that the mixing process by no Air turbulence is disturbed, which could damage a duothermal burning process.

Nur wenn der wirbelfreie Verbrennungsablauf die Absonderung der Überschußluft garantiert, wird erreicht, daß in der zentralen Brennzone kein Sauerstoff für die Stickoxidbildung zur Verfügung steht.Only when the vortex-free combustion process secrets the excess air guaranteed, it is achieved that in the central burning zone there is no oxygen for the Nitric oxide formation is available.

Anwendbar ist dieses System vorwiegend bei allen Motoren mit konstanter Drehzahl, wie es für Pumpen, Generatoren usw. der Fall ist. Für Kraft-Wärmeanlagen wirkt sich der Anteil der eingesparten Wärme und Reibverluste positiv im Wirkungsgrad aus. Bei Wasserverdunstungsanlagen, wie sie z. B. für die Wüstenbegrünung gebraucht wird, kann das energiereiche Abgas in das Wasser eingemischt und dadurch schon bei 60°C eine optimale Vernebelung sowie eine Erhöhung der Förderleistung erreicht werden. Besonders für diese Aufgabe wird der Zweitakt-Gegenkolben eingesetzt werden. Die Wirkungsweise des Motors ist dann die eines Pulsators, der auch für Luft- und Wasserfahrzeuge brauchbar ist. This system is mainly applicable to all motors with constant speed, as is the case with pumps, generators, etc. For cogeneration plants works the percentage of heat and friction losses saved has a positive impact on efficiency. In water evaporation systems, such as. B. used for desert greening , the high-energy exhaust gas can be mixed into the water and therefore already at 60 ° C an optimal nebulization as well as an increase in the delivery rate is achieved will. The two-stroke counter-piston is used especially for this task will. The mode of operation of the motor is that of a pulsator, which is also suitable for Air and water vehicles are useful.

Brief description

Die bekannten Konstruktionsmerkmale des Gegenkolbenmotors sind mit neuesten Erkenntnissen im Kolbenbau und durch ein verbessertes Spül- und Brennverfahren mit Wegfall der Außenkühlung auf einen geringeren Verbrauch als Zweitaktdiesel umkonstruiert.The known design features of the counter-piston engine are the latest Findings in piston construction and through an improved flushing and combustion process with the loss of external cooling to lower consumption than two-stroke diesel redesigned.

Image description

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Gegenkolbenmotors mit dem Verhältnis Zylinderdurchmesser zur Nutzhublänge von 1 : 2. Der Zylinder ist in drei Teile zerlegt, wobei der innere Zylinder 1 durch einen breiten Spalt von den äußeren Zylinderteilen 2 und 3 getrennt ist. Die Spaltbreite 4 ergibt die Auslaßöffnung, Spalt 5 die Einlaßöffnung. Fig. 1 shows the cross section of an opposed-piston engine with the ratio of cylinder diameter to Nutzhublänge of 1: 2. The cylinder is divided into three parts, the inner cylinder 1 is separated by a wide gap of the outer cylinder parts 2 and 3. The gap width 4 gives the outlet opening, gap 5 the inlet opening.

Das als gasdicht gefertigte Kolbenoberteil 6 besitzt einen eingewalzten Abstreifkranz 7, der elastisch an der Zylinderwand anliegt. In seinem öldichten Unterteil 8 hat der Kolben einen normalen Ölabstreifring 9. Der Kolbenbolzen 10 ist mit den beiden angeschraubten Bügeln 11 am Kolbenoberteil 6 befestigt. Das Kolbenunterteil 8 ist mit diesen Bügeln 11 verbunden und an der Teilstelle 12 fixiert. Die Auslaßkolbenoberseite 13 und Einlaßkolben 14 unterscheiden sich durch die Brennraumform 15 in der die Verbrennungsluft 16 und die Überschußluft 17 rotieren.The upper piston part 6 , which is manufactured in a gastight manner, has a rolled-in scraper ring 7 which rests elastically on the cylinder wall. The piston has a normal oil control ring 9 in its oil-tight lower part 8 . The piston pin 10 is fastened to the upper piston part 6 with the two screwed-on brackets 11 . The lower piston part 8 is connected to these brackets 11 and fixed at the part 12 . The outlet piston top 13 and inlet piston 14 differ in the combustion chamber shape 15 in which the combustion air 16 and the excess air 17 rotate.

In Verbindung mit einem duothermischen Brennverfahren werden der Kolben und der Zylinder auf gleiche Wärmausdehnung gebracht und gasdicht eingebaut.In connection with a duothermal combustion process, the piston and the Cylinder brought to the same thermal expansion and installed gas-tight.

Damit entfällt die bisher übliche Wasserkühlung der Zylinderaußenseite. Lediglich bei sehr hohem Leistungsbedarf wird der Wärmeschirm 18 am Auslaßkolben benötigt. Die dafür nötige Aufladung des Zylinders mit Frischluft wird durch den Nachlauf des Einlaßkolbens 14 bewirkt, der 15° später als der Auslaßkolben 13 schließt. Die Bemessung der auf die Zündfrequenz des Motors abgestimmten Rohre ist nicht gezeigt.This eliminates the usual water cooling on the outside of the cylinder. The heat shield 18 on the outlet piston is required only when the power requirement is very high. The necessary charging of the cylinder with fresh air is effected by the wake of the inlet piston 14 , which closes 15 ° later than the outlet piston 13 . The dimensioning of the pipes matched to the ignition frequency of the engine is not shown.

Claims

1. Two-stroke counter-piston diesel engine with reduced power loss and several injection nozzles per cylinder, characterized in that the cylinder is divided into three parts and the exhaust piston isochorically runs about 15 ° crank angle in front of the intake piston for the time of the mixture formation and this piston advance connected with a web-free exhaust and intake opening as well as inlet and outlet pipes matched to the ignition frequency of the engine effect the cylinder purge.

2. Two-stroke counter-piston diesel engine according to 1, characterized in that for the division into three Required tightness of the upper piston jacket without the usual piston rings through a duothermal combustion process with no external cooling and same thermal expansion of piston and cylinder is achieved.

3. Two-stroke counter-piston diesel engine according to 1, characterized in that the outlet side Crankshaft advance stops the air flow and the cylinder with before closing the inlet fills more than 100% fresh air.

4. Two-stroke counter-piston diesel engine according to 1, characterized in that the arrangement of 4th Injector reduces the injection time to less than 150 crankshaft angles.

5. Two-stroke counter-piston diesel engine according to 1 and 4, characterized in that by tangential air supply the air is already set into a laminar rotation before the inlet slot, which the Number of injectors is adjusted.

6. two-stroke counter-piston diesel engine according to 1, characterized in that mass and dynamic energy of the exhaust gas enter a water tank and its heat and Kinetic energy can be used for heating or evaporation purposes as well the exhaust bang is prevented.

7. Two-stroke counter-piston diesel engine according to 1, characterized in that the counter-piston cylinder as Rectangle around the drive of the device are arranged.

8. two-stroke counter-piston diesel engine according to 1, characterized in that only at the lower part of the piston, the normal oil control rings on the piston only run in the separated lower cylinder part are arranged. In the upper part of the piston, which is a tightly fitted sealing jacket is constructed, in addition an elastic scraping ring is rolled, which the Keeps the middle part of the cylinder free of combustion residues.

9. two-stroke counter-piston diesel engine according to 1, characterized in that the piston in the middle of the Bolt hole is separated and with the two screws the bolt against rotation and shift is secured.