DE2065512A1

DE2065512A1 - COMBUSTION MACHINE

Info

Publication number: DE2065512A1
Application number: DE19702065512
Authority: DE
Inventors: Patrick Joseph Walls
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-07-08
Filing date: 1970-07-08
Publication date: 1974-05-02

Description

B rennk ra ftmas ch ineB rennkraft mach ine

(Ausscheidung aus der Patentanmeldung P 20 33 820.9 - 13)(Removed from patent application P 20 33 820.9 - 13)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit in einem Gehäuse hin- und herlaufenden, doppelt wirkenden Stufenkolben, der auf beiden Seiten mit mindestens zwei zueinander konzentrischen Zylinderräumen zusammenwirkt und zur Überleitung von verdichteter Luft von dem einen Zylinderraum zum anderen hohl und mit Ventilen ausgerüstet ist, wobei dieser Stufenkolben entweder als Freikolben ausgebildet oder mit einer Kurbelwelle unmittelbar verbunden ist.The invention relates to an internal combustion engine with in a housing reciprocating, double-acting stepped piston, which cooperates on both sides with at least two concentric cylinder spaces and for the transition of compressed air from one cylinder space to the other is hollow and equipped with valves, this stepped piston either designed as a free piston or directly connected to a crankshaft.

üblicherweise erfolgt bei solchen Brennkraftmaschinen der Ausstoß der Gase aus den Verbrennungs- oder Kompressionsräumen über Ventile, die in fest angeordneten Zylinderköpfen untergebrachtUsually, the discharge takes place in such internal combustion engines of the gases from the combustion or compression chambers via valves, which are housed in fixed cylinder heads

409818/0009409818/0009

sind. Dabei ist eine Veränderung des Volumens der Verbrennungs- bzw. Kompressionsräume nur mit aufwendigen baulichen Maßnahmen durchzuführen, die stets eine Demontage der Brennkraftmaschine erfordern.are. A change in the volume of the combustion or compression rooms only with complex structural measures perform, which always require dismantling of the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgäbe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art die aus den Verbrennungsoder Kompressionsräumen auszustoßenden Gase unmittelbar durch mit dem Stufenkolben zusammenwirkenden Hilfskolben anstelle des Zylinderkopfes hindurchzuführen.The invention is therefore based on the task at a Internal combustion engine of the generic type from the combustion or Compression chambers to be ejected gases directly by means of auxiliary pistons cooperating with the stepped piston instead of the cylinder head.

Diese Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die den Verbrennungsraum abgrenzenden, im Durchmesser reduzierten Teile des Stufenkolbens in einer Zylinderbuchse laufen und in diesen Zylinderlaufbuchsen zum Hubkolben über eine Synchronisiereinrichtung gegenläufig gesteuerte Hilfskolben mit Auslaßventilen angeordnet sind.In the case of an internal combustion engine, this task is described at the beginning mentioned type solved in that the delimiting the combustion chamber, Parts of the stepped piston with reduced diameter run in a cylinder liner and in these cylinder liners to the reciprocating piston via a synchronizing device counter-controlled auxiliary pistons are arranged with exhaust valves.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show:

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ,5 shows a longitudinal section through an internal combustion engine according to the invention ,

Fig. 6 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Hilfskolbens der Brennkraftmaschine nach Fig. 56 shows a cross section of a further embodiment of the Auxiliary piston of the internal combustion engine according to FIG. 5

4 0 9 8 18/0009 ' " -3-4 0 9 8 18/0009 '"-3-

»■'■,!!■llllll'W'i ^¹ .M**-'!;-»■ '■, !! ■ llllll'W'i ^ ¹ .M ** -'!; -

Fig. 7 - 14 Einzelheiten des Ventiltriebes für das Auslaßventil im Hilfskolben der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 5 und7-14 details of the valve train for the exhaust valve in the auxiliary piston of the internal combustion engine according to FIG. 5 and

Fig. 12-18 schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß den Fig. 5-14.12-18 schematic representations of the internal combustion engine according to the invention according to FIGS. 5-14.

Die Brennkraftmaschine nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5, die schematisch in den Fig. 17 und 18 dargestellt ist, besitzt Λ anstelle eines festen Kopfes auf dem Verbrennungsraum 22 innerhalb einer Laufbuchse (10 Hilfskolben 50, wobei die genannten Kolben koaxial auf den entgegengesetzten Seiten eines Hauptkolben 5 angeordnet und miteinander durch Querbalken 51 und Glieder 59 als Synchronisationsmittel verbunden sind. Die Querbalken sind mit Lagern 52 auf Kurbelzapfen 53 der Kurbelwelle verbunden, wobei die Glieder 59 der entsprechenden Querbalken 51 so angeordnet sind, daß sie um 180° gegeneinander versetzt arbeiten. Mit anderen Worten ist eine Welle mit vier Zapfen vorgesehen,(Fig.The internal combustion engine according to the embodiment of FIG. 5 which is shown schematically in FIGS. 17 and 18, has Λ instead of a fixed head on the combustion chamber 22 within a bushing (10 auxiliary piston 50, wherein said pistons coaxially on opposite sides of a The main piston 5 is arranged and connected to one another as synchronization means by crossbars 51 and links 59. The crossbars are connected to bearings 52 on crank pins 53 of the crankshaft, the links 59 of the corresponding crossbars 51 being arranged so that they operate offset from one another by 180 °. In other words, a shaft with four pins is provided (Fig.

5 undl7) wobei der mittlere Zapfen 54 den Gleitbock 31 trägt, der relativ zum Kolben 5 verschiebbar ist, während die Kurbelzapfen 53 im Verhältnis zum Kurbelzapfen 32 um 180 versetzt sind. Diese grundsätzliche Anordnung ist in den Fig. ]8 und 19 dargestellt. 5 and l7) wherein the middle pin 54 carries the sliding block 31, which is displaceable relative to the piston 5, while the crank pin 53 are offset by 180 in relation to the crank pin 32. This basic arrangement is shown in FIGS.

Folglich bewegen sich die Kolben 50 zwangsläufig synchron mit dem Kolben 5 jedoch in entgegengesetzter Richtung. Größe und Gewichte der Kolben und der entsprechenden, damit verbundenenConsequently, the pistons 50 inevitably move synchronously with the piston 5, but in the opposite direction. Size and Weights of the pistons and the corresponding, associated

4 0 9.Ü Hi / ι i 0 0 ?i4 0 9.Ü Hi / ι i 0 0? I

Mechaniken werden vorzugsweise so ausgelegt, daß sie statisch und dynamisch vollständig ausgewuchtet sind.Mechanisms are preferably designed so that they are static and are dynamically fully balanced.

Eine Besonderheit der in Fig. 5 dargestellten Maschine liegt darin, daß die aus den Verbrennungsräumen (oder Kompressionsräumen ) 22 ausgestoßenen Gase durch den Hilfskolben 50 hindurchtreten. Wie in Fig. 5 wiedergegeben, bildet der Abschlußdeckel eine Führung für das hintere Ende des Kolbens 50, der röhrenförmig ist. Das Auslaßventil 24 ist verschiebbar auf einem Kreuzstück 61 im Kolben 50 angeordnet, der wiederum mit dem Querbalken 51 verbunden ist.A special feature of the machine shown in FIG. 5 is that the gases expelled from the combustion chambers (or compression chambers) 22 pass through the auxiliary piston 50. As shown in Fig. 5, the cover forms a guide for the rear end of the piston 50, the is tubular. The outlet valve 24 is slidably arranged on a cross piece 61 in the piston 50, which in turn with the Cross beam 51 is connected.

Das Ventil 24 ist so angeordnet, daß es in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 50 betrieben wird. Zu diesem Zweck kann der in den Fig. 7-14 dargestellte Mechanismus verwendet werden. Einige Teile dieser Vorrichtung sind in Fig. 5 dargestellt, jedoch sind hier im Interesse einer besseren Verständlichkeit elnige Teile fortgelassen. Das Ventil 24 wird von einer Achse 62 getragen, die durch einen Schlitz 63 im Kreuzstück 61 hindurchragt und deren Enden durch Glieder 64 mit den Kurbelgliedern 65 an einer Achse 66 befestigt sind. Die Achse 66 ist in einer Bohrung 67 (Fig. 5) im Querbalken 51 gelagert.The valve 24 is arranged so that it depends on the Position of the piston 50 is operated. To this end can the mechanism illustrated in Figures 7-14 can be used. Some parts of this device are shown in Fig. 5, however are in the interests of better comprehensibility here Parts left out. The valve 24 is supported by an axis 62 which protrudes through a slot 63 in the cross piece 61 and the ends of which through links 64 with the crank links 65 are attached to an axle 66. The axle 66 is mounted in a bore 67 (FIG. 5) in the crossbeam 51.

Mit den Kurbelgliedern 65 wirken Nockenbahnen 68 zusammen, wobei "Rollen 69 an Armen 90 ineinandergreifen, die an dem Zylinderkopf 11 angeordnet sind. Die Arme 90 können in Längsrichtung mittelsWith the crank members 65 cam tracks 68 cooperate, wherein "Interlocking rollers 69 on arms 90 that are on the cylinder head 11 are arranged. The arms 90 can in the longitudinal direction by means of

U 0 9 8 Ί ο / ί J 0 0 9 - 5 - U 0 9 8 Ί ο / ί J 0 0 9 - 5 -

eines exzentrischen Bolzens 92 fein eingestellt werden, wobei der Bolzen 92 von der Spindel 93 in Verbindung mit einem einstellbaren Zeiger 94 und einem festen Zifferblatt 95 getragen wird. Die Zapfen 92 greifen in Schlitze 91 in den Armen 90 ein. Mit dieser Anordnung wird das Ventil 24 geöffnet, kurz bevor der Kolben 50 seinen äußeren Totpunkt in der Zylinderlaufbuchse 10 erreicht hat. In dieser Stellung kommt die Rolle 69 in Kontakt mit dem geneigten Abschnitt 68a der Nockenbahn 6 8 und dreht somit die Kurbel 65 im Uhrzeigersinn, wie in Fig. dargestellt, wobei sie das Ventil 24 öffnet. Das genannte Ventil schließt automatisch, wenn die Rolle 69 sich vom Teil 68a der Nockenbahn 68 auf dem Rückhub fortbewegt.an eccentric pin 92, the pin 92 being carried by the spindle 93 in conjunction with an adjustable pointer 94 and a fixed dial 95 will. The pins 92 engage in slots 91 in the arms 90. With this arrangement, the valve 24 is opened, briefly before the piston 50 has reached its outer dead center in the cylinder liner 10. In this position comes the role 69 in contact with the inclined portion 68a of the cam track 6 8 and thus rotates the crank 65 clockwise, as shown in Fig. shown, opening the valve 24. Said valve closes automatically when the roller 69 moves away from the part 68a of the Cam track 68 moved on the return stroke.

Vorteilhafterweise sind Vorrichtungen vorgesehen, um das Volumen des Raumes 22 zu verändern, z.B. um den Motor auf den jeweils verwendeten Kraftstoff einzustellen. Eine solche Vorrichtung besteht aus einem einstellbaren Exzenter 70, der den Kopf jedes Gliedes59 mit dem Querbalken 51 verbindet. Wie in Fig. 10 deutlicher ersichtlich, ist der Kopf des Gliedes 59 im exzentrischen Teil des Exzenters 70 (Fig. 12) gelagert, der so eingerichtet ist, daß er in der Gabel des Querbalkens 51 drehbar ist (Fig. 13). Der vergrößerte Kopf 72 des Bolzens 70 ist mit einer Reihe von Schlitzen 73 (Fig. 10 und 11) versehen. Ein Sicherungsstift 74 greift in einen Schlitz d73 und in einen Einschnitt 74a im Querbalken 51 ein, wo er durch einen Splint 76 gesichert ist. Somit kann die wirksame Länge jedes Gliedes 59 auf einen be-Advantageously, devices are provided to vary the volume of space 22, e.g. Adjust fuel. Such a device consists of an adjustable eccentric 70, the head of each Gliedes59 connects to the crossbar 51. As in Fig. 10 more clearly can be seen, the head of the link 59 is mounted in the eccentric part of the eccentric 70 (Fig. 12), which is set up so that it is rotatable in the fork of the crossbar 51 (Fig. 13). The enlarged head 72 of the bolt 70 is provided with a series of Slits 73 (Figs. 10 and 11) are provided. A locking pin 74 engages in a slot d73 and in an incision 74a in the Crossbar 51, where it is secured by a split pin 76. Thus, the effective length of each link 59 can be reduced to a

409818/0009 - ⁶ -409818/0009 - ⁶ -

stimmten Wert eingestellt werden.correct value can be set.

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 80 ist zentral in der Verbrennungskammer 22 angeordnet. Ein Ventilschieber 12 mit einer Anzahl von Öffnungen ist zwischen dem Zylindermantel und dem Gehäuse 1 angeordnet. Er verschließt Durchlässe 9, die einen Luftdurchlass von einer Kammer 14 in eine ringförmigeA fuel injector 80 is centrally located in the combustion chamber 22 arranged. A valve slide 12 with a number of openings is between the cylinder jacket and the Housing 1 arranged. It closes passages 9 which provide an air passage from a chamber 14 into an annular one

W Verdichtungskammer 16 ermöglichen. Diese Kammer 16 ist durch eine Einlaßöffnung 17 mit einer. Kammer 8 verbunden, wenn ein die genannte öffnung verschließendes Ventil 18 geöffnet ist. Das Ventil 18 wirkt als Rückschlagventil und wird du.rch eine Feder in seine geschlossene Position gedrückt. Einfederbelästetes Tellerventil 20 sitzt auf der Auslaßöffnung 21, die von der Kammer 8 in den Zylinderraum 22 der Zylinderlaufbuchse 10 führt, die den Verbrennungsraum bildet. Es muß darauf geachtet werden, daß die Exzenter 36 weiter von der Achse des W enable compression chamber 16. This chamber 16 is through an inlet port 17 with a. Chamber 8 connected when a valve 18 closing said opening is open. The valve 18 acts as a check valve and is pressed into its closed position by a spring. A spring-loaded poppet valve 20 sits on the outlet opening 21, which leads from the chamber 8 into the cylinder space 22 of the cylinder liner 10, which forms the combustion space. Care must be taken that the eccentric 36 farther from the axis of the

^ Kolbens 5 entfernt sein können, womit es notwendig ist, ein zusätzliches Zahnrad zwischen die Spindel 40 und den Ventilschieber 12 zu schalten.^ Piston 5 can be removed, which means that a to switch additional gear between the spindle 40 and the valve slide 12.

Nachfolgend wird das Arbeitsspiel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine beschrieben. Sobald der Kolben 5 seinen rechten Totpunkt erreicht hat, wie in den Fig. 17 und 18 dargestellt, befinden sich die Hilfskdben 50 am oder nahe an ihrem linken Totpunkt. Links vom Kolben 5 hat Luft aus dem Luftkasten 14 Zugang zur ringförmigen Verdichtungskammer 16 jenseits des Ventilschiebers 12. Das Ventil 18 ist geschlossen, das Spülventil ₇ The working cycle of the internal combustion engine according to the invention is described below. As soon as the piston 5 has reached its right dead center, as shown in FIGS. 17 and 18, the auxiliary piston 50 are at or near their left dead center. To the left of the piston 5, air from the air box 14 has access to the annular compression chamber 16 on the other side of the valve slide 12. The valve 18 is closed, the flushing valve ₇

409818/0009409818/0009

20 und das Auslaßventil 24 sind jedoch geöffnet. Hierdurch unterstützt die in den Verbrennungsraum 22 einströmende Luft den Ausstoß der Verbrennungsgase und füllt den gesamten Raum mit Frischluft. Die öffnungen 88, durch die die Luft einströmt, ist zweckmäßigerweise geneigt, um eine Verwirbelung der einströmenden Luft zu bewirken. Wenn der Kolben 5 mit seinem Lauf nach links beginnt, schließen die Ventile 13, das Ventil 18 öffnet und die Ventile 24 und 20 bleiben offen.Wenn sich der Kolben 5 ein kleines Stück fortbewegt hat, sind sowohl das Spülventil 2O als auch das Auslaßventil 24 geschlossen. Im Zylinderraum 22 beginnt dann das Komprimieren, während gleichzeitig in der Verdien tungskammer 16 Luft komprimiert wird. Wenn die Kolben ihre Totpunkte erreichen und das Volumen des Raumes 22 auf ein Minimum reduziert ist, wird Brennstoff in den Raum 22 eingespritzt und die Verbrennung beginnt, wobei die Kolben ihren Rücklauf beginnen. Die Ventilöffnungen 13 offen wieder, wenn der Druck in der Verdichtungskammer 16 fällt, wobei Frischluft aus dem Luftkasten 14 durch die Ventilöffnungen 13 in die Verdichtungskammer 16 gelangt. .Gegen Ende des Rückhubes öffnen sowohl das Ventil 20 als auch das Auslaßventil 24, um die Verbrennungsgase mittels Unterstützung durch die Zufuhr von Frischluft auszustoßen. Hiermit ist das Arbeitsspiel beendet. Gleichzeitig findet auf der rechten Seite des Kolbens 5 ein ähnliches Arbeitsspiel jedoch um 180° phasenverschoben statt.However, 20 and the outlet valve 24 are open. As a result, the air flowing into the combustion chamber 22 supports the discharge the combustion gases and fills the entire room with fresh air. The openings 88 through which the air flows in is expedient inclined to cause turbulence in the incoming air. When the piston 5 begins to move to the left, the valves 13 close, the valve 18 opens and the valves 24 and 20 remain open. When the piston 5 closes has moved a little way, both the flush valve 2O and the outlet valve 24 is closed. In the cylinder space 22 then begins to compress, while at the same time in the earn processing chamber 16 air is compressed. When the pistons reach their dead centers and the volume of the space 22 to a minimum is reduced, fuel is injected into space 22 and combustion begins with the pistons beginning their return. The valve openings 13 open again when the pressure in the compression chamber 16 falls, with fresh air from the Air box 14 passes through valve openings 13 into compression chamber 16. Towards the end of the return stroke, both the Valve 20 as well as the outlet valve 24 to expel the combustion gases with the assistance of the supply of fresh air. This ends the work cycle. At the same time there is a similar working cycle on the right side of the piston 5 but instead of 180 ° out of phase.

Soll die Brennkraftmaschine mit Benzin statt mit Dieselöl betrieben werden, wird das erforderliche VerbrennungsgemischShould the internal combustion engine run on gasoline instead of diesel oil becomes the required combustion mixture

409818/HO 0 ¹T409818 / HO 0 ¹ T

durch übliche Vergasung gebildet, bevor es in den Luftkasten eingeleitet wird. Eine Zündkerze ist an der öffnung 80 angeordnet. Das Verdichtungsverhältnis und die Ventilzeiten werden in der bereits beschriebenen Weise eingestellt.formed by conventional gasification before it is introduced into the air box. A spark plug is arranged at the opening 80. The compression ratio and the valve times are set in the manner already described.

Soll die Maschine als Verdichter betrieben werden, ist es nur notwendig, die Hilfskolben 50 zu entfernen und durch einen Kolben 50 gemäß Fig. 6 zu ersetzen, der ein federbelastetes Auslaßventil 24¹ besitzt. Der hohle Kolben 50¹ besitzt ein geschlitztes Hemd, um der verdichteten Luft den Durchgang durch die Buchse 60 des Führungsdeckels 11 zu ermöglichen.If the machine is to be operated as a compressor, it is only necessary to remove the auxiliary piston 50 and replace it with a piston 50 according to FIG. 6, which has a spring-loaded outlet valve 24 ¹ . The hollow piston 50 ¹ has a slotted shirt to allow the compressed air to pass through the bushing 60 of the guide cover 11.

AO 98 1 J / MiJ fviAO 98 1 J / MiJ fvi

Claims

Claim

Internal combustion engine with reciprocating in a housing, double-acting stepped piston which cooperates on both sides with at least two concentric cylinder chambers and is hollow and equipped with valves for the transfer of compressed air from one cylinder chamber to the other, this stepped piston either being designed as a free piston or being directly connected to a crankshaft, thereby characterized in that the reduced diameter parts (7) of the stepped piston (5) delimiting the combustion chamber (22) run in a cylinder liner (10) and in this cylinder liner (10) to the stepped piston (5) via a synchronizing device (51, 59) counter-rotating auxiliary piston (50) with outlet valves (24) are arranged.

4098 18/0009