DE202012006098U1 - Engine tuning for free-piston engines - Google Patents
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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- F01P1/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads, e.g. ducting cooling-air from its pressure source to cylinders or along cylinders
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
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Abstract
Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der von mir entwickelte 2-Zylinder-Einkolbenmotor nach dem Freikolbenprinzip statt mit einer Flüssigkeitskühlung ebenso mit dem Medium Luft gekühlt werden kann.Combustion engine, characterized in that the 2-cylinder single-piston engine developed by me can also be cooled with the medium air instead of with liquid cooling, based on the free piston principle.
Description
Diese Nachträge zu der unter der Nr. 20 2011 109 044.6 als Gebrauchsmuster geschützten Freikolbenmotor-Erfindung bestehen im einzelnen aus:These supplements to the free-piston engine invention protected as a utility model under No. 20 2011 109 044.6 consist in detail of:
1. 4-, 6-, 8- und Mehrzylindervarianten des o. a. Freikolbenmotors1. 4-, 6-, 8- and multi-cylinder variants of o. A. Free-piston engine
Durch eine Verlängerung der Kolbenstange und der Verschraubungsbolzen kann ein gleicher zweiter Motor in Reihe angebaut werden, so dass daraus ein 4-Zylinder-2-Kolbenmotor mit der doppelten Leistung entsteht, siehe ZS Seiten 12–14.By extending the piston rod and the bolts, a similar second engine can be mounted in series, resulting in a double-power 4-cylinder 2-piston engine, see ZS pages 12-14.
Auf eine Darstellung von Details kann hierbei abgesehen werden, da sich keinerlei Veränderungen weiterer Einzelheiten als die vorgenannten ergeben.An illustration of details can be disregarded, since there are no changes to other details than the aforementioned.
Weiterführende Erweiterungen auf
6-Zylinder-3-Kolben-,
8-Zylinder-4-Kolben-Motoren usw.
sind ebenso möglich. Eine Begrenzung hierfür ist letztendlich von der mechanischen Stabilität der Kolbenstange abhängig.Further extensions
6-cylinder-
8-cylinder 4-piston engines, etc.
are also possible. A limitation for this is ultimately dependent on the mechanical stability of the piston rod.
Eine Vergrößerung des Durchmessers der Kolbenstange ist bedingt zwar ebenso möglich, bedarf jedoch durch die damit erfolgende Verringerung des Hubraums und hinsichtlich einwandfreier Verbrennung exakter Berechnungen vorher.Although an increase in the diameter of the piston rod is conditionally possible as well, but requires by the successful reduction of the displacement and in terms of perfect combustion exact calculations previously.
Aus wirtschaftlicher Betrachtung ist wahrscheinlich der Hubraumanpassung an die geforderte Leistung der Vorzug zu geben, zumal bereits mit dem 2-Zylinder-1-Kolbenmotor ein Leistungsspektrum von 0,X kW bis mindestens 6.000 kW (entsprechende Planungen für Großschiffsdiesel und Berechnungen hierfür stehen derzeit an) absehbar problemlos möglich ist.From an economic point of view, adjusting the displacement to the required power is probably preferable, especially since the 2-cylinder 1-piston engine already has a power range from 0, X kW to at least 6,000 kW (corresponding plans for large-scale diesel engines and calculations for this are currently pending) Foreseeable easily possible.
2. Offenes Luftkühlsystem des o. a. Freikolbenmotors2. Open air cooling system of o. A. Free-piston engine
Anstelle des im obigen Gebrauchsmuster geschützten Motors mit Flüssigkeitskühlung kann ebenso eine Luftkühlung des Motors mittels auf dem Zylinderrohr aufgebrachten oder eingegossenen Kühlrippen erfolgen, siehe Bezugszeichenliste (nachfolgend BZL genannt) Ziffer
Die Kühlrippen können in Längs- oder Querrichtung angebracht sein und sollten vorzugsweise aus gut wärmeableitendem Material bestehen.The cooling fins can be mounted in the longitudinal or transverse direction and should preferably consist of good heat-dissipating material.
Obwohl bei diesem Motorsystem ohnehin keine nennenswerte Reibungswärme entsteht, kann dennoch mittels auf einigen Kühlrippen aufgebrachten Temperatursensoren ein von diesen gesteuerter Lüfter für eine gleichbleibende gewünschte Motortemperatur angesteuert werden, da der Motor absehbar so zum Einbau kommt, dass eine Fahrtwindkühlung, wie z. B. bei einem Fahrzeug, nicht gegeben ist.Although in this engine system no significant frictional heat arises anyway, can be controlled by means of some cooling fins temperature sensors controlled by a fan for a constant desired engine temperature, as the engine is predictably so comes to installation that a Fahrtwindkühlung, such. B. in a vehicle, is not given.
Dieses Luftkühlsystem/Rippenkühlung ist als offenes Luftkühlsystem konzipiert.This air cooling / finned cooling system is designed as an open air cooling system.
3. Geschlossenes Luftkühl- und Verbrennungsluftzuführungssystem3. Closed air cooling and combustion air supply system
Zur weiteren baulichen Vereinfachung und gleichzeitigen Leistungssteigerung kann das Luftkühlsystem in geschlossener Bauweise hergestellt werden. Hierzu werden die unter Punkt 2 beschriebenen Kühlrippen von einem geschlossenen gasdichten und druckfesten Gehäuse umgeben.For further structural simplification and simultaneous increase in performance, the air cooling system can be manufactured in a closed design. For this purpose, the cooling fins described under
Dieses hat folgende Vorteile:
Die vom Kompressor eingeleitete Lade-/Verbrennungsluftzufuhr braucht nicht separat zu jedem Zylinder geführt werden, sondern wird zentral an nur einer Stelle eingeleitet, siehe BZL
The charge / combustion air supply introduced by the compressor need not be routed separately to each cylinder, but is introduced centrally at only one point, see
Die Zylinderköpfe benötigen damit für die Verbrennungsluftzufuhr keine zusätzlich mehr anzubringenden Lufteinführungsstutzen.The cylinder heads thus need for the supply of combustion air no additional additional air inlet nozzle.
Hiermit werden unnötige Luftzuführungsleitungen eingespart und es herrscht gleichzeitig damit an allen Zylinderlufteingängen ein gleicher Ladeluftdruck mit zudem dann gering vorgewärmter Luft.This unnecessary air supply lines are saved and it prevails at the same time at all cylinder air inputs an equal charge air pressure in addition then low preheated air.
Weiterhin kann durch im Gehäuse angebrachte Drucksensoren durch Drehzahlregelung des elektrisch angetriebenen Kompressors für alle Taktfrequenzen der jeweils optimal erforderlich bereitzustellende Ladeluftdruck gesteuert werden.Furthermore, can be controlled by the pressure sensors mounted in the housing by speed control of the electrically driven compressor for all clock frequencies of each optimally required to be provided charge air pressure.
4. Mittiges Abgasaustragungssystem des o. a. Freikolbenmotors4. Central exhaust gas discharge system of o. A. Free-piston engine
Die Abgasaustragung erfolgt bei dieser Motorversion nicht mehr im Zylinderkopf über die Abgasauslassventile oder die Abgasauslassöffnungen im Drehschieber, sondern über Abgasauslassschlitze in der Zylinderwand, BZL
Diese Abgasauslassschlitze werden vom Kolben ca. 5 mm vor Erreichen des unteren Totpunktes bei Betrieb mit leichtentzündlichen Treibstoffen (wie z. B. Gas oder Benzin) freigegeben.These exhaust outlet slots are released by the piston about 5 mm before reaching bottom dead center when operated with highly flammable fuels (such as gas or gasoline).
Die Schlitze selber sind aus der Zylinderlaufbuchse auszufräsen, ihre Höhe sollte zwischen 5–10 mm betragen, die Breite bei z. B. 4 Öffnungen je ca. 40 mm, um die Laufbuchse nicht in ihrer Stabilität zu schwächen, zumal so, je nach verwendeter Treibstoffart, mindestens 80 mm2 Auslassflächenmaß zur Verfügung stehen. Bei Dieselbetrieb vergrößert sich das Auslassmaß automatisch, da die höhere Verdichtung eine Verlängerung des Kolbenweges mit sich bringt.The slots themselves are to be milled out of the cylinder liner, their height should be between 5-10 mm, the width at z. B. 4 openings each about 40 mm, so as not to weaken the liner in its stability, especially so, depending on the type of fuel used, at least 80 mm 2 Auslassflächenmaß to To be available. In diesel operation, the outlet size increases automatically, since the higher compression brings an extension of the piston stroke with it.
Der außerhalb der Laufbuchse liegende Abgaskanal kann auf die Laufbuchse aufgeschweißt werden und umfasst diese nur partiell, siehe BLZ
Er kann aber auch als kompletter Ringkanal um die Laufbuchse führen, siehe BLZ
Bei gleichzeitiger Öffnung aller Ventile oder den Lufteinlassöffnungen im Drehschieber wird so durch den Kompressordruck ein absolut vollständiger Austrag der Abgase erreicht, wodurch keine Restabgase, wie z. B. bei einem Saugmotor, im Verbrennungsraum/Zylindervolumen verbleiben.With simultaneous opening of all valves or the air inlet openings in the rotary valve is achieved by the compressor pressure an absolutely complete discharge of the exhaust gases, which no residual gases such. B. in a naturally aspirated engine, remain in the combustion chamber / cylinder volume.
Dieses garantiert eine bessere Verbrennung im nächsten Arbeitstakt und damit eine weitere CO2-Reduzierung sowie die optimalste Kraftstoffausnutzung.This guarantees a better combustion in the next power stroke and thus a further CO2 reduction as well as the optimal fuel utilization.
Auch wenn es sich bei dieser Abgasaustragung um den Stand der Technik im Hinblick auf 2-Takt-Motoren handelt, besteht hierbei dennoch kein Vergleich mit der 2-Takt-Technik, da keine Vorverdichterkammer existiert, sondern die Abgasaustragung und Ladeluftverdichtung mittels Kompressor erfolgt. Eine mögliche Luftanreicherung mit Schmierstoffen ist so ausgeschlossen.Even if this exhaust emission is the state of the art in terms of 2-stroke engines, there is still no comparison with the 2-stroke technology because there is no pre-compression chamber, but the exhaust gas discharge and charge air compression takes place by means of a compressor. A possible air enrichment with lubricants is excluded.
Durch diese Kombination wird hinsichtlich der vollständigen Frischluftfüllung eine absolut saubere Verbrennung mit einer noch besseren Charakteristik eines Viertakt-Saugmotors erreicht.This combination achieves an absolutely clean combustion with an even better characteristic of a four-stroke naturally aspirated engine with regard to the complete fresh air filling.
Weiterhin ist eine wesentlich verbesserte Steuerung der Ventile oder Drehschieber möglich, da für diese keine Überschneidungen der Öffnungszeiten zwischen Luftein- und Luftauslass mehr erforderlich sind. Die Steuerungszeiten brauchen so nur noch eine mechanische Komponente berücksichtigen.Furthermore, a much improved control of the valves or rotary valves is possible because no overlaps of the opening times between air inlet and outlet are required for this. The control times need only consider a mechanical component.
5. Hydraulische oder hydropneumatische Drehschiebersteuerung5. Hydraulic or hydropneumatic rotary valve control
Neben der im obigen Gebrauchsmuster beschriebenen elektrischen Steuerung der Drehschieber können diese auch mittels kleiner Hydraulik- oder Pressluftzylinder betätigt werden.In addition to the electrical control of the rotary valve described in the above utility model, these can also be operated by means of small hydraulic or compressed air cylinder.
Hierzu wird die Bohrung im Zylinderkopf für die Kolbenstangendurchführung um z. B. ca. 10 mm Millimeter für eine zusätzliche Rohrdurchführung erweitert. Ein kurzes durchzuführendes Rohrstück mit ausreichender Wandstärke (z. B. 5 mm) wird mit dem im Zylinderkopf befindlichen Drehschieber metallisch verbunden und außerhalb des Zylinderkopfes ebenfalls metallisch (verschweißt) mit einer Metallscheibe von max. 100 mm Durchmesser, die plan auf der Außenseite des Zylinderkopfes aufliegt und auf welcher zwei Zapfen für die Aufnahme der Hydraulikstempel aufgebracht sind, siehe BZL
Der Innendurchmesser des durch den Zylinderkopf nach außen führenden Rohrstücks vom Drehschieber muss hierbei passgenau dem Durchmesser der Kolbenstange entsprechen.The inner diameter of the pipe head leading outwards through the cylinder head from the rotary valve must correspond exactly to the diameter of the piston rod.
Um theoretisch mögliche Verkantungen bei der Drehschieberbetätigung zu vermeiden, sollten 2 sich gegenüber liegende Hydraulikzylinder zum Einsatz kommen. Da der Verstellwinkel der Drehschieber exakt 90° beträgt, ist eine mechanische Anordnung/Ausrichtung möglich. Bei Einsatz dieser Technik kann die gleiche Hydraulikpumpe zum Einsatz kommen, wie für die Ventilmotorvariante.To avoid theoretically possible tilting in the rotary valve actuation, 2 hydraulic cylinders opposite each other should be used. Since the adjustment angle of the rotary valve is exactly 90 °, a mechanical arrangement / alignment is possible. When using this technique, the same hydraulic pump can be used as for the valve motor variant.
Schmiermöglichkeiten für diese Konstruktion gemäß Stand der Technik.Lubricating possibilities for this construction according to the prior art.
Vorwortforeword
Meine aktuelle Erfindung besteht aus weiteren Neuerungen und Ergänzungen an meinem unter der Nummer 20 2011 109 044.6 gebrauchsmustergeschützten Verbrennungs-/Freikolbenmotor.My current invention consists of other innovations and additions to my under the
Die nachfolgend beschriebene Erfindung bietet weitere Vorteile des Freikolbenmotors wie z. B.:
- 1. nochmals verringerter Kraftstoffverbrauch auf nunmehr ca. 50% gegenüber konventioneller Otto-Motorentechnik,
- 2. in gleicher Höhe entsprechend reduzierter CO2-Ausstoß,
- 3. nochmals verbessertes Leistungsgewicht von ca. 9,1 kw/kg, der berechnete Beispiel-Motor mit 1.500 cm3 leistet bei einer Hubfrequenz von 3000/Hz (Umdrehungen gibt es hier nicht) 260 kW bei einem Eigengewicht von ca. 28 kg in Stahlbauweise,
- 4. rechnerischer Wirkungsgrad von über 86%,
- 5. noch geringerer Platzbedarf der luftgekühlten Motorvarianten, Außenmaße der berechneten Beispielmotoren ohne die austretende Kolbenstange und Nebenaggregate wie Anlasser und Kompressor: Ventilversion: L = 412 mm, B = 210 mm, H = 210 mm, Drehschieberversion: L = 326 mm, B = 210 mm, H = 210 mm,
- 6. noch geringere Produktionskosten der luftgekühlten Varianten, da keine flüssigkeitsdichten stärkeren Doppelwandungen benötigt werden, womit gleichzeitig weitere Gewichtseinsparungen verbunden sind, da für die Wärmeableitung absehbar Leichtmetalle zum Einsatz kommen.
- 7. Erweiterungen der Motorvarianten auf
mehr als 2 Zylinder.
- 1. once again reduced fuel consumption to approx. 50% compared to conventional gasoline engine technology,
- 2. at the same level correspondingly reduced CO 2 emissions,
- 3. again improved power to weight ratio of about 9.1 kw / kg, the calculated example engine with 1,500 cm 3 makes at a stroke frequency of 3000 / Hz (there are not revolutions here) 260 kW with a weight of about 28 kg in steel construction,
- 4. arithmetic efficiency of over 86%,
- 5. even smaller space requirements of the air-cooled engine variants, outside dimensions of the calculated example engines without the exiting piston rod and ancillary components such as starter and compressor: Valve version: L = 412 mm, W = 210 mm, H = 210 mm, rotary valve version: L = 326 mm, B = 210 mm, H = 210 mm,
- 6. Even lower production costs of the air-cooled variants, since no liquid-dense stronger double walls are needed, which at the same time further weight savings are connected, as for the heat dissipation foreseeable light metals are used.
- 7. Extensions of engine variants to more than 2 cylinders.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zylinderrohr/LaufbuchseCylinder tube / bushing
- 22
- Kolbenstange mit darauf befestigtem Kolben mit Kolben- u. ÖlabstreifringenPiston rod with attached piston with piston u. oil control rings
- 33
- Auf Zylinderrohr/Laufbuchse aufgebrachte KühlrippenCooling ribs applied to cylinder tube / bushing
- 44
- Zylinderkopfcylinder head
- 55
- Ventilteller/VentilsitzValve head / seat
- 66
- Ventilstößel und VentilfedernValve tappets and valve springs
- 77
- Hydraulikdruckeingangsöffnung für VentilsteuerungHydraulic pressure inlet opening for valve control
- 88th
- Drehschieberrotary vane
- 99
- Hydraulischer DrehschieberstellzylinderHydraulic rotary valve actuator cylinder
- 1010
- Öffnung für Zündkerze im Drehschieber und im ZylinderkopfOpening for spark plug in the rotary valve and in the cylinder head
- 1111
- Lufteinlassöffnung im ZylinderkopfAir intake opening in the cylinder head
- 1212
- Abgasauslassöffnungexhaust port
- 1313
- Im Zylinderrohr eingefräste Abgasauslassschlitze und/oder BohrungenIn the cylinder tube milled Abgasauslassschlitze and / or holes
- 1414
- Bohrung für KolbenstangendurchführungBore for piston rod bushing
- 1515
- Ladeluftöffnung im DrehschieberCharge air opening in the rotary valve
- 1616
- Ladeluftöffnung im gasdichten (Luft)KühlmantelCharge air opening in gas-tight (air) cooling jacket
- 1717
- Zündkerze/ZündkerzensitzSpark plug / spark plug seat
- 1818
- Einspritzdüseinjection
- 1919
- Sensor für Kompressionsdruckmessung, Temperatur und TaktfrequenzSensor for compression pressure measurement, temperature and clock frequency
- 2020
- Motorverschraubung/Bolzen/Bohrungen dafürEngine screw / bolt / holes for it
- 2121
- Brennraumcombustion chamber
- (Sämtliche Zeichnungsmaße sind nicht verbindlich, sondern dienen nur der Vermittlung der Funktionsweise)(All drawing dimensions are not binding, but serve only to convey the functionality)
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201220006098 DE202012006098U1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Engine tuning for free-piston engines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE201220006098 DE202012006098U1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Engine tuning for free-piston engines |
Publications (1)
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DE202012006098U1 true DE202012006098U1 (en) | 2012-12-12 |
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Family Applications (1)
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DE201220006098 Expired - Lifetime DE202012006098U1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | Engine tuning for free-piston engines |
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DE (1) | DE202012006098U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015219707A1 (en) * | 2015-10-12 | 2017-04-13 | Zf Friedrichshafen Ag | Release bearing, release device and gearbox |
-
2012
- 2012-06-22 DE DE201220006098 patent/DE202012006098U1/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102015219707A1 (en) * | 2015-10-12 | 2017-04-13 | Zf Friedrichshafen Ag | Release bearing, release device and gearbox |
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Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20130131 |
|
R150 | Term of protection extended to 6 years | ||
R157 | Lapse of ip right after 6 years |