DE2334504A1 - FREE PISTON MACHINE - Google Patents
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Description
MC HANAU · R0MEKSTR. H · POSTFACH TW · TEUl(HOI · TELEQRAMME: HANAUPATENT · TELEX: MC HANAU R0MEKSTR. H POSTBOX TW TEUl (HOI TELEQRAMME: HANAUPATENT TELEX:
Auguste MOIROUX1 Ecully, Frankreich 5. Juli 1973 Francois BERNARD, Lyon, Frankreich Str/Sk - 10 981Auguste MOIROUX 1 Ecully, France July 5, 1973 Francois BERNARD, Lyon, France Str / Sk - 10 981
FreikolbenmaschineFree piston machine
Die Erfindung betrifft Maßnahmen zur Stabilisierung und Sicherung des Betriebs einer direkt gekoppelten Kraft- und Arbeitsmaschine mit Freikolben. Hierbei ist der Kraftteil ein luftgekühlter Dieselmotor und der in der Weise angetriebene Monoblock-Kolben wirkt zugleich im Arbeitsteil als Kompressor. The invention relates to measures for stabilizing and securing the operation of a directly coupled power and Working machine with free piston. Here the power part is an air-cooled diesel engine and the one driven in this way The monoblock piston also acts as a compressor in the working part.
Derartige kurbellose Kolbenverdichter und ähnliche Freikolbenmaschinen sind bekannt, beispielsweise als Generatoren mit freiem Kolben, und es ist bereits versucht worden, diese Maschinen gegen innere Kolbenanschläge zu schützen.Such crankless reciprocating compressors and similar free piston machines are known, for example, as free piston generators, and attempts have been made to do so To protect machines against internal piston stops.
In wassergekühlten Maschinen kann ein geringer Überschuß von Motorluft Λ toleriert werden und für diesen Zweck ausreichen,In water-cooled machines, a slight excess of engine air Λ can be tolerated and is sufficient for this purpose,
309884/0587 " 2 ~ 309884/0587 " 2 ~
QfWGlNAL INSPECTEDQfWGlNAL INSPECTED
β 7 β β 7 β
eine Zündung oder Expansion des gezündeten Brennstoffes im Motor jenseits einer begrenzten Stellung, die durch die beiden Totpunkte des freibeweglichen Satzes festgelegt wird, nicht auftritt. Dies geschieht dadurch, daß eine Sicherheitsbegrenzung am Totpunkt des Pufferkolbens des freibeweglichen Satzes festgesetzt wird, welcher außerdem zumindest einen Motorkolben und einen Kompressorkolben aufweist.an ignition or expansion of the ignited fuel in the Motor beyond a limited position, which is determined by the two dead points of the freely movable set, does not occur. This happens because a safety limit at the dead center of the buffer piston of the freely movable Set is set, which also has at least a motor piston and a compressor piston.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der freibewegliche Satz aus mehreren koaxialen Kolben, die zusammen völlig frei sind und sich sogar um ihre Achse drehen können und welche einen Motorteil, einen Luftpuffer und eine aus zwei Kammern mit abwechselnd größer und kleiner werdenden Volumen gebildete Kompressionsgruppe begrenzen. Die Durchmesser der Kolben, aus denen sich der Satz zusammensetzt, können verschieden sein.According to a further feature of the invention, the floating set consists of a plurality of coaxial pistons which together are completely free and can even rotate around their axis and which have a motor part, an air buffer and an off limit two chambers with alternately larger and smaller volumes formed compression group. The diameter the pistons that make up the set can be different.
Die einzelnen Beziehungen der Größen zueinander, so wie sie erfindungsgemäß als vorteilhaft gefunden wurden, ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen.The individual relationships of the variables to one another, as found to be advantageous according to the invention, result from the attached subclaims.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus' der folgenden Beschreibung der Zeichnung.Further details, features and advantages emerge from the following description of the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Maschine mit veränderlicher Arbeitsrichtung, deren freibeweglicher Satz aus einem Block gleichzeitig die Funktionen des Motors und Kompressors ausübt undFig. 1 is a longitudinal section of a machine with a variable working direction, the freely movable Set from one block simultaneously performs the functions of the engine and compressor and
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Entwicklung der Totpunkte des freibeweglichen Satzes auf der Motorseite und auf der Pufferseite, wobei diese Entwicklung als Funktion der Motorbelastung aufgezeichnet ist.2 shows a graphical representation of the development of the dead centers of the freely movable set on the motor side and on the buffer side, this development being recorded as a function of the engine load is.
-H--H-
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-s--s-
weil die entsprechenden erhöhten Temperaturen über die Kühlung gemeistert werden. Wenn die eingespritzte Brennstoffmenge anwächst, wird die Motorarbeit erhöht. Als allgemeine Erfahrungsrichtlinie gilt, daß bei einer λ-Verbrennungsgrenze gleich 1,5» der bewegliche Satz gerade in der Nähe des festen Teils ankommt.because the corresponding elevated temperatures over the cooling to be mastered. As the amount of fuel injected increases, the engine work is increased. As a general The guideline based on experience is that with a λ combustion limit equal to 1.5 »the moving rate is in the vicinity of the fixed part arrives.
In luftgekühlten Maschinen, die aber gemäß einem vorgemischten und zündungsgesteuerten Zyklus arbeiten, ist die Energie durch die Ergiebigkeit begrenzt, und das Problem der Uberverbrennung ergibt sich nicht.In air-cooled machines, which, however, according to a premixed and ignition-controlled cycle work, the energy is limited by the productivity, and the problem of overburning does not arise.
Im Falle einer luftgekühlten Maschine mit veränderlicher Arbeitsrichtung, die nach einem Diesel-Zyklus arbeitet, ist es nötig, für die Kühlung einen erhöhten Luftüberschuß λ. bereitzustellen. Dadurch wächst das Risiko einer Übereinspritzung stark an., Bei^ = 3 kann die vom Motor gelieferte Energie in Bezug zu einerλ -Begrenzung = 1,5 verdoppelt werden. Es ist dann nicht mehr möglich, durch die Konstruktion einen ausreichenden Verlauf zu erwirtschaften, der bei einem solchen Energieüberschuß einen ausreichenden Schutz gegen Kolbenanschläge darstellt. Es muß ein anderes Mittel gefunden werden.In the case of an air-cooled machine with variable working direction that works on a diesel cycle it is necessary to use an increased excess of air λ for cooling. provide. This increases the risk of over-injection strongly., At ^ = 3, the energy delivered by the motor can be in In relation to a λ limit = 1.5. It is then it is no longer possible to achieve a sufficient course through the construction, which is the case with such Excess energy represents sufficient protection against piston stops. Another remedy must be found will.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu lösen, indem eine Sicherheitsmaßnahme für eine mit einem luftgekühlten Dieselmotor verbundene Maschine verfügbar gemacht wird und die zumindest einen Preikolben mit veränderlicher Arbeitsrichtung aufweist.It is the object of the present invention to solve this problem by providing a security measure for one with a air-cooled diesel engine connected machine is made available and the at least one Preikolben with variable Has working direction.
Eine Freikolben-Dieselmaschine mit veränderlicher Arbeitsrichtung, die erfindungsgemäß konstruiert und mit Luft gekühlt ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Schutz gegen Anschläge für den beweglichen Satz dadurch erhalten wird, daßA variable direction free piston diesel engine constructed in accordance with the invention and air cooled is, is characterized in that the protection against stops for the movable set is obtained in that
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-n--n-
In Fig. 1 ist ein freibeweglicher Satz aus einem Block dargestellt, der einer abwechselnden hin- und hergehenden gestreckten Bewegung folgt. Dieser einheitliche Satz oder Block besteht aus zumindest einen Motorkolben 1, der sich in einem Motorzylinder mit dem Durchmesser 0,. verschiebt, einem Pufferkolben 3, der sich im Pufferzylinder 7 mit dem Durchmesser 0 verschiebt und einem Kornpressorkolben 2, dessen Durchmesser 0_ größer als die der beiden anderen Kolben ist» Der im mittleren Teil der Haschine befindliche Kolben 2 verschiebt sich im Kompressorzylinder und grenzt dort zwei Kammern ab. Eine Kompressionskammer als Arbeitsteil der Haschine 5 auf der Pufferseite und eine Kammer 6 für den Zugang und das Einspülen von Luft für den Motorteil. Das Volumen dieser beiden Kammern vergrößert sich und verringert sich abwechselnd in der Richtung der Verschiebung des Satzes, dessen Maximalhub C geringer als eine axiale Länge 8 des Kompressionszylinders ist. Die Durchmesser 0W, 0 , 0p werden so berechnet, daß die Expansion der gezündeten Gase im Motorteil aufhört, bevor der freibewegliche Satz auf das (rechte) Ende eines Zylinders aufprallt.In Fig. 1, a freely movable set from a block is shown, which follows an alternating reciprocating stretched motion. This unitary sentence or block consists of at least one engine piston 1, which is located in an engine cylinder with a diameter of 0.. shifts, a buffer flask 3, which is located in the buffer cylinder 7 with the diameter 0 moves and a compression piston 2, the diameter of which is 0_ larger than that of the other two pistons »The one in the middle Piston 2, which is part of the machine, moves in the compressor cylinder and delimits two chambers there. A compression chamber as the working part of the machine 5 on the buffer side and a chamber 6 for access and flushing Air for the engine part. The volume of these two chambers increases and alternately decreases in direction the displacement of the set whose maximum stroke C is less than an axial length 8 of the compression cylinder. The diameter 0W, 0, 0p are calculated so that the expansion of the ignited gases in the engine part stops before the floating sentence hits the (right) end of a cylinder.
In Fig. 2 ist der Verlauf der Bewegung der Enden des Motorkolbens 1 und des Pufferkolbens 3 beim Arbeitsverlauf der Maschine dargestellt (Kurven 11 und 12).In Fig. 2, the course of the movement of the ends of the engine piston 1 and the buffer piston 3 is the course of work Machine shown (curves 11 and 12).
Die Maschine arbeitet folgendermaßen:The machine works as follows:
Wenn sich der Kolbensatz gemäß Pfeil 9 verschiebt, wird die Luft im Motorzylinder 4 zusammengepreßt. Bei einem bestimmten Druck entzündet sich der eingespritzte Brennstoff. Der Kolbensatz ändert die Richtung und verschiebt sich gemäß Pfeil unter der Druckwirkung der verbrannten Gase. Der Totpunkt des Kolbens 1 verbleibt diesseits des Endes des Motorzylinders k (Fig. 1) und die Maschine hält stets einen Sicherheitsabstand S„ gegen Anschläge auf den Zylinderkopf des Motors ein (Fig. 2).When the piston set is displaced according to arrow 9, the air in the engine cylinder 4 is compressed. At a certain pressure, the injected fuel ignites. The piston set changes direction and moves according to the arrow under the pressure of the burnt gases. The dead center of the piston 1 remains on this side of the end of the engine cylinder k (FIG. 1) and the machine always maintains a safety distance S "from stops on the cylinder head of the engine (FIG. 2).
- 5 309884/0587 - 5 309884/0587
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■ - 5 -■ - 5 -
Wenn sich dagegen der Kolbensatz in Richtung des Pfeils 10 verschiebt, besteht das Risiko, daß er auf die Stirnseite des Pufferzylinders 7 aufprallt und dieses Risiko wächst mit der vom Motor gelieferten Energie. Der Wert dieser Energie ist eine Funktion, die mit den Volumen des verbrannten und somit eingespritzten Brennstoffes wächst, im Falle eines luftgekühlten Dieselmotors muß ein wesentlicher Luftüberschuß vorgesehen werden> weil diese Luft zur Kühlung dient. Diese überschüssige Luft gewährleistet eine gute Verbrennung selbst dann, wenn eine überreichliche Einspritzung von Brennstoff stattfindet, was durch die Tatsache gefährlich werden kann, daß die Verbrennung durch die spontane Zündung des Dieselöls in der Luft ausgelöst wird, die durch ihre Kompression in Motorzylinder auf hohe Temperatur gebracht worden ist.If, on the other hand, the piston set moves in the direction of arrow 10, there is a risk that it will hit the face of the Buffer cylinder 7 impacts and this risk increases with the energy supplied by the motor. The value of this energy is a function that increases with the volume of fuel burned and thus injected, in the case of an air-cooled one A substantial excess of air must be provided in the diesel engine> because this air is used for cooling. This excess air ensures good combustion even if there is an excessive injection of fuel, which will be dangerous by the fact It is possible that the combustion is triggered by the spontaneous ignition of the diesel oil in the air, which is caused by its compression has been brought to high temperature in engine cylinders.
Um Anschlägen auf der Stirnseite des Pufferzylinders oder des Kompressionszylinders bei einer solchen Maschine zuvorzukommen, zielt die vorliegende Erfindung darauf, die Kompressionstemperatur in der Verbrennungskammer H des Motors zu begrenzen. Aus diesem Grunde entzündet sich der Brennstoff nicht bevor der Totpunkt auf der Pufferseite die Tendenz hat, über die Stellung D (Fig. 2), die Sicherheitsgrenzposition, hinauszugehen. So ermöglicht die Erfindung ein automatisches Anhalten des Motors bei einem Fehlen der Zündung, wenn der Totpunkt auf der Pufferseite sich dem Zylinderboden in einem Abstand nähert, der unterhalb der Sicherheit(sgrenze) S„ liegt. Dieser Zustand wird durch eine genaue Dosierung der Motorenergie erreicht, das heißt durch Berechnung und genaues Studium der wesentlichen Parameter bei der Konstruktion der Maschine, nämlich: fi>„, 0 , Qn und C und diese Parameter werden durchIn order to prevent stops on the end face of the buffer cylinder or the compression cylinder in such a machine, the present invention aims to limit the compression temperature in the combustion chamber H of the engine. For this reason, the fuel does not ignite before the dead center on the buffer side has a tendency to go beyond position D (FIG. 2), the safety limit position. Thus, the invention enables the engine to be automatically stopped in the absence of ignition, when the dead center on the buffer side approaches the cylinder base at a distance which is below the safety limit S ". This condition is achieved by precisely metering the motor energy, that is, by calculating and carefully studying the essential parameters in the construction of the machine, namely: fi>", 0, Q n and C and these parameters are determined by
i'i m οi'i m ο
die Koeffizienten gekennzeichnet, die sie alle zum Durchmesser 0L· des Motors in Bezug setzen.the coefficients marked that they all add to the diameter 0L · of the motor in relation.
Ansprüche :Expectations :
309884/05309884/05
Claims (1)
0-~M ' WT-. » 0 M 0 C Z m C
0- ~ M ' WT-. »0 M
folgt.0 H
follows.
folgt.0 M.
follows.
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