DE2827914A1

DE2827914A1 - Free piston engine for gas prodn. - has rotary motion imposed on reciprocating pistons by rollers running in cylinder grooves, and preheating of combustion air

Info

Publication number: DE2827914A1
Application number: DE19782827914
Authority: DE
Inventors: Lothar H Haupt
Original assignee: INTECO GmbH
Current assignee: INTECO GmbH
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1978-06-26
Publication date: 1980-01-10

Abstract

The engine has two opposed working pistons (16, 17) rigidly connected with each other and with two compressor pistons (6, 6') between them. the working cylinders (22, 22) and the compressor cylinders (5) are contained in a single housing (4). The piston assembly has radial pins (10) projecting from it with roller guides (11, 12) at the ends. These rollers run in a helical groove (13) on the inside of the housing. They impart a rotary motion to the pistons as they reciprocate. the compressed air passes through jackets (26, 27) before entering the cylinders.

Description

Brenngasmaschine, insbesondere Treibgaserzeuger Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Treibgaserzeuger, bestehend aus zwei Arbeitskolben und mindestens einem Kompressionskolben, die miteinander fest verbunden und gleichachsig in jeweils einem Arbeitszylinder und mindestens einem Kompressionszylinder axial verschiebbar angeordnet sind, aus einer taktweisen Zuführung der Verbrennungsluft in zwei Kompressionskammern, in denen die Luft verdichtet und über Druckräume wechselweise in die von den Arbeitszylindern und den Arbeitskolben begrenzten Brennräume eingeführt wird, sowie aus einer Kraftstoffeinspritzung und einer zu einem Verbrauch führenden Treibgasleitung. Fuel gas engine, in particular propellant gas generator The invention relates to an internal combustion engine, in particular a propellant gas generator, consisting of two Working piston and at least one compression piston, which are firmly connected to each other and coaxially in one working cylinder and at least one compression cylinder are arranged axially displaceable, from a cyclical supply of the combustion air in two compression chambers in which the air is compressed and alternately via pressure chambers introduced into the combustion chambers delimited by the working cylinders and the working pistons as well as a fuel injection and a consumption leading to Propellant gas line.

Bei dem bekannten, von Junkers und Pecara (Dubbels Taschenbuch ftir den Maschinenbau, II, 1963, S. 386), entwickelten Treibgaserzeuger - auch Freikolbenverdichter genannt - sind in einem zylindrischen Gehäuse zwei gesonderte Kompressionskolben zur nushil.dung von zwei Kompressionsräumen jeweils frei fliegend angeordnet. An den zueinander weisenden Stirnflächen der Kolben ist jeweils eine Kolbenstange vorgesehen, die in einem Zylinder von kleinerem Durchmesser abgedichtet geführt sind und als Arbeitskolben einen Brennraum beidseitig begrenzen. Bei diesem als Zweitakt-Dieselmaschine konzipierten Treibgaserzeuyer wird Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, wenn die beiden Kolben annähernd in ihrer inneren Totpunktstellung stehen. In the case of the well-known, by Junkers and Pecara (Dubbels Taschenbuch ftir den Maschinenbau, II, 1963, p. 386), developed propellant gas generators - also free-piston compressors called - are two separate compression pistons in a cylindrical housing for the nushil.dung of two compression rooms each arranged free-floating. At the facing end faces of the pistons are each provided with a piston rod, which are guided sealed in a cylinder of smaller diameter and as Working piston delimit a combustion chamber on both sides. With this as a two-stroke diesel engine designed propellant gas generator, fuel is injected into the combustion chamber when the two pistons are approximately in their inner dead center position.

Der bei der Verbrennung entstehende Expansionsdruck treibt die Kolben nach auswärts. Nach Freigeben von Auspuffschlitzen durch die beiden Arbeitskolben strömen die hochgespannten Abgase über eine Druckleitung zum Verbraucher, z. B. zu einer Turboanlage. Durch die Bewegungen der beiden Kolben nach auswärts wird die in den schädlichen Räumen an den beiden Enden des Zylindergehäuses eingeschlossene Luft verdichtet. Nach dem Abströmen der Verbrennungsgase erfolgt die Rückbewegung der beiden Kolben unter der Wirkung dieser verdichteten Luft, wobei die beim Expansionshub in die Kompressionsräume angesaugte Verbrennungsluft verdichtet und über Ventile und Einströmschlitze im Arbeitszylinder in den Brennraum eingeführt wird. Nach Erreichen der inneren Totpunktlage erfolgt die erneute Kraftstoffeinspritzung.The expansion pressure generated during combustion drives the pistons outwards. After releasing exhaust ports through the two working pistons the high-tension exhaust gases flow via a pressure line to the consumer, e.g. B. to a turbo system. The movements of the two pistons outwards will those trapped in the harmful spaces at the two ends of the cylinder housing Air compresses. After the combustion gases have flowed out, the return movement takes place of the two pistons under the action of this compressed air, the expansion stroke Combustion air sucked into the compression chambers is compressed and via valves and inflow slots in the working cylinder are introduced into the combustion chamber. After reaching The new fuel injection takes place at the inner dead center position.

Bei einem anderen ähnlich arbeitenden Freikolbenverdicnter werden die Abgase aus dem Brennraum über eine Auspuffleitung abgeführt. An den äußeren Enden des Verdichtergehäuses sind Kompressionskammern ausgebildet, in die zu einer Druckleitung führende Anschlüsse über Schieberventile münden. Zur Erzielung einer zweistufigen Verdichtung sind an der nach außen weisenden Stirnfläche jedes Kompressorkolbens ein weiterer flochdruckkolben von kleinerem Durchmesser befestigt5 der in einer Zylinder-Laufbuchse abgedichtet geführt ist. In another similarly working free piston thinner the exhaust gases are discharged from the combustion chamber via an exhaust pipe. On the outside Ends of the compressor housing are formed compression chambers into one Connections leading to the pressure line open out via slide valves. To achieve a two-stage compression are on the outward facing face of each compressor piston another flask from smaller diameter attached 5 which is guided in a sealed manner in a cylinder liner.

Diese bekannten Treibgaserzeuger oder Freikolbenverdichter haben zwar gegenüber herkömmlichen Hubkolbenmaschinen einen verbesserten Wirkungsgrad von bis zu 40 %, andererseits entstehen aber Leistungsverluste, die u. a. auf die Verdichtung der in den schädlichen Räumen eingeschlossenen Luft zurückzuführen sind, durch die der Rückhub der beiden Kolben erfolgt. Die bei dieser Kompression entstehende Wärme kann nicht nutzbar gemacht werden. Darüber hinaus sind eine Vielzahl von Ventilen notwendig, durch die sich der technische Aufwand derartiger Aggregate erhöht. These known propellant gas generators or free piston compressors have an improved efficiency compared to conventional reciprocating piston engines of up to 40%, but on the other hand, there are performance losses which, among other things, on the Compression of the air trapped in the harmful spaces can be attributed to, through which the return stroke of the two pistons takes place. The resulting compression Heat cannot be harnessed. In addition, there are a variety of valves necessary, which increases the technical complexity of such units.

Ferner ist bereits ein Treibgaserzeuger entwickelt worden, bei dem der Kompressionskolben und der Kompressionszylinder zur Zylinderlängsachse um gleiche Winkelgrade geneigte Stirnflächen aufwweisen, wobei in jeder Totpunktstellung des Kompressionskolbens drei dieser Stirnflächen zueinander parallel verlaufen und die vierte Stirnfläche unter einem entgegengesetzten Winkel ausgerichtet ist. Dabei sind die axialen Längen des Kompressionskolbens und des Kompressionszylinders so aufeinander abgestimmt, daß der Kompressionskolben wechselweise mindestens mit dem radial äußeren Rand seiner Stirnfläche ständig an der zugeordneten Stirnfläche des Kompressionszylinders abgestützt ist und bei jedem axialen Hub eine Drehbewegung ausführt. An jeder Stirnseite des Kompressionskolbens ist mittig ein Arbeitskolben befestigt, der zusammen mit dem Arbeitszylinder jeweils einen Brennraum begrenzt. Dieser nicht vorveröffentlichte Treibgaserzeuger arbeitet als Zweitakt-Dieselmaschine, wobei die Takte in den beiden Brennräumen um jeweils eine Periode zeitlich gegeneinander versetzt sind. Furthermore, a propellant gas generator has already been developed in which the compression piston and the compression cylinder to the cylinder longitudinal axis by the same Have angular degrees inclined end faces, wherein in each dead center position of the Three of these end faces run parallel to each other and the compression piston fourth face is oriented at an opposite angle. Included the axial lengths of the compression piston and the compression cylinder are like this coordinated that the compression piston alternately at least with the radially outer edge of its end face constantly on the associated end face of the Compression cylinder is supported and a rotary movement with each axial stroke executes. A working piston is located in the center of each end face of the compression piston attached, which delimits a combustion chamber together with the working cylinder. This not previously published propellant gas generator works as a two-stroke diesel engine, whereby the clocks in the two combustion chambers each time one period against one another are offset.

Da die beiden Arbeitskolben zusammen mit dem größeren Kompressionskolben eine Baueinheit darstellen, ist der Kompressionstakt (Rückhub) des einen Arbeitskolbens gleichzeitig der Expansionstakt (Arbeitshub ) des anderen Arbeitskolbens. Gleichzeitig wird von der Kompressionseinheit die in einen der Kompressionsräume eingeführte Verbrennungsluft verdichtet. Da für die Rückholbewegung der Kolben kein Druckgaspolster notwendig ist, arbeitet dieser Treibgaserzeuger mit einem gegenüber bekannten Ausführungen wesentlich höheren Wirkungsgrad. Durch die Ausgestaltung der Stirnflächen der Kompressionseinheit wird der Hubbewegung der Kolbenbaugruppe gleichzeitig eine Drehbewegung überlagert, durch die bei bogenförmig ausgebildeten Stirnflächen der Arbeitskolben eine Schiebersteuerung der Ein- und Auslaßschlitze jedes Brennraumes erreicht wird. Zur weitestgehenden Ausnutzung der Verbrennungswärme und Steigerung des thermischen Wirkungsgrades sind die beiden Arbeitszylinder von je einem Wärmetauscher umgeben, die gleichzeitig als Ladeluftspeicher dienen und über einen kurzen Einströmkanal und ein einstellbares Druckventil mit je einer der Kompressionskammern verbunden sind. Die durch den Kompressionskolben verdichtete Luft strömt mit einem durch das Druckventil einstellbaren Druck aus der jeweiligen Kompressionskammer in den zugeordneten Wärmetauscher ein und wird in diesem durch die über die Zylinderwandung und ggf. Wärmeaustauschrippen an der Wandung aus dem Brennraum abgeführte Wärme weiter aufgeheizt und komprimiert. Der Druck dieser vorgewärmten Ladeluft liegt vorzugsweise über dem Druck der expandierenden-Gase im Brennraum an einem vorbestimmten Punkt des Expansionshubes .Dadurch ergibt sich eine äußerst intensive Spülung der Brennkammer nach dem Freigeben des Einlaßschlitzes und zeitlich nachfolgend des Auslaßschlitzes, der jeweils über einen Treibgaskanal und eine Sammelleitung mit einem Druckspeicher oder unmittelbar mit einem Verbraucher verbunden ist. Nach beendeter Spülung ist die Brennkammer mit reiner, vorgewärmter Ladeluft gefüllt.Because the two working pistons together with the larger compression piston represent a structural unit, is the compression stroke (return stroke) of one working piston at the same time the expansion stroke (working stroke) of the other working piston. Simultaneously is introduced into one of the compression chambers by the compression unit Combustion air compressed. Since there is no compressed gas cushion for the return movement of the piston is necessary, this propellant gas generator works with an opposite known version much higher efficiency. Due to the design of the end faces of the compression unit if the stroke movement of the piston assembly is simultaneously superimposed on a rotary movement, through the arcuate end faces of the working pistons a slide control the inlet and outlet slots of each combustion chamber is reached. To the most extensive Utilization of the heat of combustion and an increase in thermal efficiency are the two working cylinders are each surrounded by a heat exchanger that works simultaneously serve as charge air storage and via a short inlet duct and an adjustable Pressure valve are each connected to one of the compression chambers. The through the compression piston Compressed air flows out at a pressure that can be set using the pressure valve of the respective compression chamber in the associated heat exchanger and is in this through the over the cylinder wall and possibly heat exchange fins on the Wall heat dissipated from the combustion chamber is further heated and compressed. Of the The pressure of this preheated charge air is preferably above the pressure of the expanding gases in the combustion chamber at a predetermined point of the expansion stroke an extremely intensive rinsing of the combustion chamber after release of the inlet slot and subsequently of the outlet slot, each of which is above a propellant gas duct and a manifold with a pressure accumulator or directly is connected to a consumer. When the purging is complete, the combustion chamber is open filled with pure, preheated charge air.

Durch den Expansionshub des Gegen-Arbeitskolbens wird diese Füllung weiter auf Selbstzündungstemperatur verdichtet, woraufhin im Bereich der äußeren Torpunktstellung dieses Arbeitskolbens-. die Einspritzung von z. B. Dieselkraftstoff erfolgt und damit die Verbrennung mit nachfolgender Expansion -abläuft. Obwohl diese in der DE-Patentanmeldung P 27 47 641.1 vorgeschlagene Brennkraftmaschine einen außerordentlich weichen Lauf besitzt, da der Expansionsdruck in einer Arbeitskammer gegen den Kompressionsdruck in der einen Kompressionskammer des Kolbenkompressors, gegen den Ansaugdruck der anderen Kompressionskammer des Kolbenkompressors sowie gegen den Verdichtungsdruck in dem anderen Brennraum wirksam ist, können sich nach längerem Betrieb möglicherweise Verschleißerscheinungen an den schrägen Stirnflächen der Kompressionseinheit ergeben, da sich die Schrägflächen des Kompressionskolbens und des Kompressionszylinders in ständiger gegenseitiger Gleitberührung befinden.This filling becomes due to the expansion stroke of the counter working piston further compressed to auto-ignition temperature, whereupon in the area of the outer Torpunktstellung this working piston. the injection of z. B. Diesel fuel takes place and thus the combustion takes place with subsequent expansion. Although these in DE patent application P 27 47 641.1 proposed an internal combustion engine has an extraordinarily smooth run because of the expansion pressure in a working chamber against the compression pressure in the one compression chamber of the piston compressor, against the suction pressure of the other compression chamber of the reciprocating compressor as well is effective against the compression pressure in the other combustion chamber, can after prolonged operation, there may be signs of wear on the sloping end faces of the compression unit, as the inclined surfaces of the compression piston and the compression cylinder are in constant mutual sliding contact.

Trotz des angegebenen Druckausgleiches ist in den Kompressionskammern eine gewisse Erwärmung unvermeidbar, die sich unter Umständen auf die Verschleißfestigkeit der eingesetzten Materialien nachteilig auswirken kann.Despite the specified pressure equalization there is in the compression chambers some heating is unavoidable, which may affect the wear resistance the materials used can have a detrimental effect.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Treibgaserzeuger, von gegenüber bekannten Bauarten wesentlich verbessertem Leistungsverhalten, einfachem, konstruktivem Aufbau und einem geringen Verschleiß der gegeneinander bewegten Bauteile zu schaffen. The object of the invention is to provide an internal combustion engine, in particular a propellant gas generator, of a significantly improved type compared to known types Performance behavior, simple, structural design and low wear the to create components moving against each other.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der aus den beiden Arbeitskolben und dem mindestens einen Kompressionskolben gebildeten Baugruppe sowie an dem die beiden Arbeitszylinder und den Kompressionszylinder aufnehmenden Zylindergehäuse jeweils ein radiales Führungselement vorgesehen ist, von denen eines in Umfangsrichtung einen in sich geschlossenen, wellenförmigen Verlauf hat und als Gleitführung für das andere Führungselement dient, wobei die beiden Führungselemente der Hubbewegung der Kolbenbaugruppe eine zusätzliche Drehbewegung überlagern, und daß jeder Arbeitszylinder von einem Druckraum umgeben ist, die Wärmetauscher zum Kühlen der Zylinder und gleichzeitig Ladeluftspeicher darstellen. This object is achieved according to the invention in that on the off formed by the two working pistons and the at least one compression piston Assembly and on which the two working cylinders and the compression cylinder receiving A radial guide element is provided in each cylinder housing, one of which has a self-contained, undulating course in the circumferential direction and as Sliding guide for the other guide element is used, the two guide elements superimpose an additional rotary movement on the stroke movement of the piston assembly, and that each working cylinder is surrounded by a pressure chamber, the heat exchanger for Represent the cooling of the cylinders and, at the same time, charge air storage.

Die Verlegung der Führungselemente aus dem Inneren der Kompressoreinheit, wie es bei dem älteren Treibgaszeuger der Fall ist, in das Zylindergehäuse hat den Vorteil, daß die Führungsflächen den thermischen Beanspruchungen im Kompressorinneren und damit auch einem erhöhten Verschleiß entzogen sind. Darüber hinaus ist es beim Erfindungsgegenstand auch möglich, den Zustand der Führungselemente von außen her zu überwachen. Laying the guide elements from inside the compressor unit, as is the case with the older propellant gas generator, the cylinder housing has the Advantage that the guide surfaces withstand the thermal stresses inside the compressor and are thus deprived of increased wear. In addition, it is with Subject of the invention also possible, the state of the guide elements from the outside to monitor.

Das in sich geschlossene wellenförmige Führungselement kann entweder als Kurvenausnehmung im Zylindergehäuse oder als wellenförmiger Ringbund am mittleren Teil der Kolbenbaugruppe vorgesehen sein. Im ersten Fall ist mittig in einer zwei tompressionskolben miteinander starr verbindenden Kolbenstange ein Querzapfen befestigt, dessen beide Enden ggf. The self-contained wave-shaped guide element can either as a curve recess in the cylinder housing or as a wave-shaped collar on the middle Be provided part of the piston assembly. In the first case there is two in the middle of one compression piston rigidly connecting the piston rod with a cross pin attached, both ends of which may

über Rollen, an der Kurvenbahn in der Zylinderwandung gleiten und bei jedem Hub durch diese Gleitführung die Kolbenbaugruppe um eine Vierteldrehung verdrehen. Ist das in sich geschlossene Führungselement als Ringbund an der Kolbenbaugruppe ausgebildet, dann sind am Zylindergehäuse mindestens ein Rollenpaar um radiale Achsen drehbar gelagert, wobei zwischen den beiden Rollen der Ringbund geführt wird.slide over rollers, on the cam track in the cylinder wall and with each stroke through this slide guide the piston assembly by a quarter turn twist. Is the self-contained guide element as an annular collar on the piston assembly formed, then at least one pair of rollers are on the cylinder housing around radial axes rotatably mounted, the collar being guided between the two rollers.

Die Drehbewegung der Kolbenbaugruppe wird angestrebt, um günstigste Lade- und Ausschiebebedingungen in den Brennkammern zu schaffen. Zum Erhalt ausreichend langer Spül-und Ladezeiten für die vorkomprimierte und in den Wärmetpuschern bzw. Ladeluftspeichern vorgewärmte Verbrennungsluft sind die Stirnflächen der Arbeitskolben schräg zur Kolbenlängsachse oder bogenförmig ausgebildet, so daß bei entsprechender Wahl der Schräge eine äußerst einfache Schiebersteuerung für die Ladeluft und die komprimierten Treibgase erhalten wird. Durch Anderung der Neigung und bogenförmigen Gestalt der Stirnflächen können die Spülzeiten der Arbeitszylinder in weiten Grenzen variiert werden. The rotational movement of the piston assembly is sought to be most favorable To create loading and unloading conditions in the combustion chambers. Sufficient to maintain long rinsing and loading times for the pre-compressed and in the heat exchangers or Charge air accumulators preheated combustion air are the end faces of the working pistons obliquely to the piston longitudinal axis or arcuate, so that with appropriate Choice of the slope an extremely simple slide control for the charge air and the compressed propellant gases is obtained. By changing the slope and arched The flushing times of the working cylinders can be adjusted within wide limits in the shape of the end faces can be varied.

Wie bei der älteren Entwicklung des Anmelders auch sind die beiden Arbeitszylinder zur weitestgehenden Ausnutzung der Verbrennungswärme von je einem der Wärmetauscher-Ladeluftspeicher umgeben, wobei eine kurze Strömungsverbindung zwischen der Schlitzöffnung in der Zylinderwand und diesem Ladeluftspeicher besteht, die durch die Kolbenstirnkante freigegeben oder geschlossen wird. As with the applicant's older development, the two are Working cylinder for the greatest possible utilization of the heat of combustion of one each Surrounding the heat exchanger charge air reservoir, with a short flow connection exists between the slot opening in the cylinder wall and this charge air reservoir, which is released or closed by the piston front edge.

Zum Ausgleich der Massenschwingungen ist es zweckmäßig, jeweils zwei Treibgaserzeuger gemäß der Erfindung miteinander zu koppeln, wobei die beiden Kolbenbaugruppen gegenläufig arbeiten. Auf diese Weise wird ein besonders ruhiger Lauf. To compensate for the mass oscillations, it is advisable to use two To couple propellant gas generator according to the invention, the two piston assemblies work in opposite directions. This will make a particularly smooth run.

aufgrund des Massenausgleichs erhalten.obtained due to the mass balance.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous features and developments of the invention are Subject of the subclaims.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben5 Es zeigen: Fig. 1 einen Treibgaserzeuger in schematischer, teilweise aufgebrochener Seitenansicht, Fig. 2 eine andere Ausführung des Treibgaserzeugers im Längsschnitt; Fig. 3 einen der Treibgaserzeuger nach den Fig. 1 oder 2 in der Druckgas-Antriebsanlage eines Kraftfahrzeuges. The following are exemplary embodiments of the internal combustion engine according to the invention is described in detail with reference to the drawing. FIG. 1 shows a propellant gas generator in a schematic, partially broken away side view, FIG. 2 shows another embodiment of the propellant gas generator in longitudinal section; Fig. 3 shows one of the propellant gas generator according to the Fig. 1 or 2 in the pressurized gas drive system of a motor vehicle.

Der in Fig. 1 dargestellte Treibgaserzeuger umfaßt einen mittleren Kompressionsteil 1 und zwei seitliche Brennkraftmaschinenteile 2 bzw. 3. Alle Maschinenteile 1, 2, 3 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 4 untergebracht. Der mittlere Kompressionsteil besteht aus zwei Zylindern 5, 5;, in denen zwei Kompressionskolben 6, 6' längsvverschiebbar und drehbar aufgenommen sind. Die beiden Kompressionskolben 6, 6' sind durch eine zentrale Kolbenstange 7 fest miteinander verbunden und begrenzen mit ihren äußeren Stirnflächen jeweils eine Kompressionskammer. Zur Abdichtung und Schmierung der Kompressionskolben 6, 6' gegenüber den Zylindern 5, 5' dienen Dichtungs- und Abstreif6Dinge 9, 9'. In einer Radialbohrung in der Kolbenstange 7 ist ein Querzapfen 10 befestigt, an dessen'beiden Enden je eine Rolle 11, 12 um die Zapfenlängsachse drehbar gelagert ist Im mittleren Teil des Zylindergehäuses 4 ist eine Kurvenausnehmung 13 in Form eines in sich geschlossenen, wellenförmigen Umfangsschlitzes vorgesehen, die zwei radiale, wellenförmige Führungsflächen 14, 15 bildet. Die beiden Führungsrollen 11, 12 rollen an jeweils einer dieser Führungsflächen 14, 15 ab und bewirken bei jedem Hub eine Verdrehung der beiden Kompressionskolben 6, 6'. um ihre Längsachse. The propellant gas generator shown in Fig. 1 comprises a middle one Compression part 1 and two lateral internal combustion engine parts 2 and 3. All machine parts 1, 2, 3 are accommodated in a common housing 4. The middle compression part consists of two cylinders 5, 5; in which two compression pistons 6, 6 'are longitudinally displaceable and are rotatably received. The two compression pistons 6, 6 'are through a central piston rod 7 firmly connected to each other and limit with their outer Front faces each have a compression chamber. For sealing and lubricating the Compression pistons 6, 6 'opposite the cylinders 5, 5' are used for sealing and scraping things 9, 9 '. In a radial hole in the piston rod 7 is a transverse pin 10 attached, at the two ends of which each have a roller 11, 12 around the longitudinal axis of the pin is rotatably mounted In the middle part of the cylinder housing 4 is a curved recess 13 provided in the form of a self-contained, wave-shaped circumferential slot, which forms two radial, wave-shaped guide surfaces 14, 15. The two leadership roles 11, 12 roll on each of these guide surfaces 14, 15 and cause each stroke a rotation of the two compression pistons 6, 6 '. around its longitudinal axis.

An jeder äußeren Stirnfläche der beiden Kompressionskolben 6, 6' sitzt ein Arbeitszylinder 16, 17, deren zur Kolbenlängsachse gebogene Stirnflächen 18, 19 zusammen mit jeweils einem Arbeitezylinder 20, 21 je eine Brennkammer 22, 23 begrenzen. In jede Brennkammer 22, 23 mündet eine Kraftstoffleitung über jeweils eine Einspritzdüse'uXd für den Anfahrbetrieb jeweils eine Glühkerze. On each outer end face of the two compression pistons 6, 6 ' sits a working cylinder 16, 17, the end faces of which are bent towards the longitudinal axis of the piston 18, 19 together with one working cylinder 20, 21 each have a combustion chamber 22, 23 limit. A fuel line opens into each combustion chamber 22, 23 via each an injection nozzle'uXd for start-up operation, one glow plug each.

Jeder Arbeitszylinder 20, 21 ist von einem Druckraum 26, 27 umgeben, der als Wärmeaustauscher wirksam ist und die in den Brennräumen 22, 23 freigesetzte Verbrennungswärme über die Zylinderwände sowie WErmetauscherrippen 28 auf die von den Kompressionoeinheiten 5, 6 über je ein einstellbares Rückschlagventil 29,eg; in diese Druckräume einströmende Verbrennungsluft überträgt.Each working cylinder 20, 21 is surrounded by a pressure chamber 26, 27, which acts as a heat exchanger and which is released in the combustion chambers 22, 23 Combustion heat through the cylinder walls and heat exchanger ribs 28 to the of the compression units 5, 6 each via an adjustable check valve 29, eg; transfers combustion air flowing into these pressure chambers.

In der Wand jedes Arbeitszylinders ist eine Ladeluftöffnung 30 und eine Abströmöffnung 31 für das Treibgas vorgesehen, die in Fig. 1 nur bei dem rechten Arbeitszylinder dargestellt sind. Die Ladeluftöffnung 30 stellt eine Strömungsverbindung zu dem jeweiligen Ladeluft-Druckraum 26 bzw. 27 her und die Auslaßöffnung 31 führt über einen Treibgaskanal 32 zum Verbraucher. Beide Öffnungen 30, 31 sind so angeordnet, daß am Ende des Kolbenrückhubes zuerst die Ladeluft aus dem Druckraum 26 bzw. 27 in den Brennraum 22 einströmt, die auf einen höheren Wert als die weitgehend entspannten Verbrennungsgase verdichtet ist und damit bereits eine intensive Spülung und Vermischung im Brennraum bewirkt. Kurz danach erst gibt die Stirnkante des jeweiligen Arbeitskolbens die Abströmöffnung 31 frei, so daß die bereits vorverdünnten Verbrennungsgase in den Kanal 32 abströmen können. Bei dem beginnenden Kompressionshub des jeweiligen Arbeitskolbens 16, 17 wird zuerst die Auslaßöffnung 31 von der Kolbenstirnkante abgedeckt, so daß bis nach dem Schließen dieser Öffnung noch vorverdichtete und vorgewärmte Ladeluft in den Brennraum einströmen kann, bis auch die Ladeluftöffnung 30 durch den Kolben abgedeckt ist. In the wall of each working cylinder is a charge air opening 30 and an outflow opening 31 is provided for the propellant gas, which is shown in FIG. 1 only in the case of the right Working cylinders are shown. The charge air opening 30 provides a flow connection to the respective charge air pressure chamber 26 or 27 and the outlet opening 31 leads via a propellant gas duct 32 to the consumer. Both openings 30, 31 are arranged so that at the end of the piston return stroke first the charge air from the Pressure chamber 26 or 27 flows into the combustion chamber 22, which is at a higher value than the largely relaxed combustion gases is compressed and thus already a causes intensive flushing and mixing in the combustion chamber. Shortly thereafter there is the Front edge of the respective working piston, the discharge opening 31 free, so that the already prediluted combustion gases can flow off into the channel 32. In which beginning compression stroke of the respective working piston 16, 17 is the first Outlet opening 31 covered by the piston front edge, so that until after closing this opening still pre-compressed and preheated charge air flow into the combustion chamber can until the charge air opening 30 is covered by the piston.

Der gegenüber bekannten Ausführungen wesentlich gesteigerte thermische Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Treibgaserzeugers ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß die in den Brennräumen 22, 23 freigesetzte Energie des Kraftstoffes aufgrund der expandierenden Verbrennungsgase in mechanische Kompressionsarbeit der beiden Kompressionseinheiten 5, 5', 6, 6' umgesetzt wird, und daß darüber hinaus auch der größte Teil der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme wiederum zur Kompressionssteigerung der bereits vorverdichteten Ladeluft herangezogen wird. Dabei ist es wesentlich, daß die Ladeluft beim Öffnen der Einströmöffnung 30 in den jeweiligen Brennraum 22 auf einen höheren Grad verdichtet ist, als die durch den Kolbenhub bereits weitgehend entspannten Verbrennungsgase im Brennraum 22. Der Grad der Ladeluftverdichtung kann durch eine entsprechende Wahl oder Einstellung der Ventile 29 bestimmt werden. The compared to known designs significantly increased thermal The efficiency of the propellant gas generator according to the invention is essentially thereon due to the fact that the energy released in the combustion chambers 22, 23 of the fuel due to the expanding combustion gases in mechanical compression work of the two compression units 5, 5 ', 6, 6' is implemented, and that in addition Most of the heat released during combustion is also used to increase compression the already pre-compressed charge air is used. It is essential that that the charge air when opening the inflow opening 30 in the respective combustion chamber 22 is compressed to a higher degree than that by the piston stroke already largely relaxed combustion gases in the combustion chamber 22. The degree of charge air compression can be determined by a corresponding choice or setting of the valves 29.

Der Treibgaserzeuger nach Fig. 2 entspricht in seinem grundsätzlichen Aufbau demjenigen nach Fig. 1, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. The propellant gas generator according to Fig. 2 corresponds in its fundamental Structure that of Fig. 1, so that the same components with the same reference numerals are provided.

Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Ausführungen besteht in der Ausbildung der Führungselemente. Das Zylindergehäuse besteht aus zweiXwesentlichen gleich aufgebauten Teilen 4, 4', die durch Verbindungsmittel 35 starr aneinander befestigt sind. Dgr Kompressionskolben 6 ist einteilig ausgeführt und trägt1 seinem mittleren Teil einen in sich geschlossenen wellenförmig verlaufenden Ringbund 36 als Führungselement für die aus den beiden Arbeitskolben 16, 17 und dem Kompressionskolben 6 gebildete Baugruppe. In Ausnehmungen 37, 37', 38, 38' sind an jeder Seite des Ringbundes 36 Rollenpaare 39, 39', 40, 40' um genau radial ausgerichtete Achsen drehbar gelagert, die die zylinderfesten Führungselemente darstellen und die die reine Hubbewegung der Kolbenbaugruppe 6, 16, 17 in eine zusätzliche Drehbeweguung umsetzen. In dieser Fig. 2 sind auch die in die Kompressionsräume führenden Ansaugkanäle 41, 42 dargestellt, die bei der Ausführung nach Fig. 1 zum Ziele einer größeren Klarheit weggelassen worden sind.The main difference between the two versions is in the training of the guide elements. The cylinder housing consists of two essentials identically constructed parts 4, 4 ', which are rigidly attached to one another by connecting means 35 are attached. The compression piston 6 is made in one piece and carries 1 his middle part a self-contained, undulating annular collar 36 as a guide element for the two working pistons 16, 17 and the compression piston 6 formed assembly. In recesses 37, 37 ', 38, 38' are on each side of the Ring collar 36 pairs of rollers 39, 39 ', 40, 40' about precisely radially aligned axes rotatably mounted, which represent the cylinder-fixed guide elements and the pure stroke movement of the piston assembly 6, 16, 17 in an additional rotary movement realize. This FIG. 2 also shows the intake ducts leading into the compression chambers 41, 42 shown, which in the embodiment of FIG. 1 for the purpose of a larger Clarity have been omitted.

Die Funktionsweise dieser Ausführung entspricht dem unter Bezugnahme auf Fig.1 beschriebenen Treibgaserzeuger, wobei sich während des jeweiligen Hin- oder Rückhubes der wellenförmig verlaufende Ringbund an jeweils einer Rolle 39 bzw. 3.9' jedes Rollenpaares abstützt und geführt wird. The mode of operation of this embodiment corresponds to that referred to on Fig. 1 described propellant gas generator, whereby during the respective outward or return stroke of the wavy ring collar on each a roller 39 or 3.9 'each pair of rollers is supported and guided.

Der erfindungsgemäße Treibgaserzeuger ist für stationäre Druckgasanlagen ebenso wie als Druckgasantrieb für Fahrzeuge geeignet. In Fig. 3 ist eine Anlage zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges dargestellt. The propellant gas generator according to the invention is for stationary compressed gas systems as well as suitable as a compressed gas drive for vehicles. In Fig. 3 is a plant shown for driving a motor vehicle.

Das in Fig. 3 dargestellte Antriebsaggregat besteht aus einem Treibgaserzeuger 50, einem Druckspeicher 51 und einem Druckgasmotor 52 sowie einer geeigneten Steuereinrichtung. Der Treibgaserzeuger 50 wirkt nach dem gleichen Prinzip wie dieFusführung nach Fig. 1. The drive unit shown in Fig. 3 consists of a propellant gas generator 50, a pressure accumulator 51 and a compressed gas motor 52 and a suitable control device. The propellant gas generator 50 operates on the same principle as the embodiment according to FIG. 1.

Um eine flächige Abstützung und damit kleinere maximale Kraftspitzen des Kompressionskolbens 53 bei seiner kombinierten Dreh- und flubbewegung zu erreichen, verlaufen die äußeren Ränder der Stirnflächen 54 bis 58 jeweils radial.About a flat support and thus smaller maximum force peaks of the compression piston 53 in its combined rotary and flub motion, the outer edges of the end faces 54 to 58 each run radially.

Zwei Druckkanäle 59, 60 aus dem Treibgaserzeuger 50 sind mit dem Druckspeicher 51 verbunden. Von diesem Druckspeicher 51 führen zwei Leitungen 63, 64 zum Druckgasmotor 52. In diesen beiden Leitungen 63, 64 sind Steuerventile, z. B.Two pressure channels 59, 60 from the propellant gas generator 50 are connected to the pressure accumulator 51 connected. Two lines 63, 64 lead from this pressure accumulator 51 to the pressurized gas engine 52. In these two lines 63, 64 control valves, for. B.

verstellbare Drosseln 65, 66, eingeschaltet. Der Druckgasmotor kann aus einem drehbar und axial verschiebbar in einem Zylinder gelagerten Kolben mit gegeneinander gleich geneigten Stirnflächen bestehen, der zwei Arbeitsräume in dem von zwei parallelen schrägen Stirnwänden gebildeten Zylinder begrenzt. Der Kolben ist beidseitig durch Kolbenstangen im Zylindergehäuse gelagert, deren aus dem Zylinder herausragendes Ende ein Stirnzahnrad 73 trägt, das mit einem Antriebszahnrad 74 kämmt. Das Stirnzahnrad 73 ist mindestens um die Größe der Hubbewegung des Kolbens axial breiter als das Abtriebszahnrad 74.adjustable throttles 65, 66, switched on. The pressurized gas engine can from a rotatable and axially displaceable piston mounted in a cylinder with there are mutually equally inclined end faces, the two work spaces in the bounded by two parallel sloping end walls formed cylinder. The piston is supported on both sides by piston rods in the cylinder housing, whose from the cylinder projecting end carries a spur gear 73, which is connected to a drive gear 74 combs. The spur gear 73 is at least the size of the stroke movement of the piston axially wider than the output gear 74.

Im Druckspeicher 51 ist ein Druckfühler 75 angeordnet, der über eine Leitung 76 mit einer vorzugsweise elektronischen Steuereinrichtung 7 verbunden ist. Diese Steuereinrichtung 77 wirkt über eine Verbindung 78 auf die Kraftstoffeinspritzpumpe 79 ein, die über Leitungen 80, 81 taktweise entsprechende Kraftstoffmengen zu den Einspritzdüsen 82, 83 fördert. In the pressure accumulator 51, a pressure sensor 75 is arranged, which has a Line 76 is connected to a preferably electronic control device 7. This control device 77 acts on the fuel injection pump via a connection 78 79 a, the corresponding fuel quantities cyclically via lines 80, 81 to the Injection nozzles 82, 83 promotes.

Das dargestellte Antriebsaggregat wirkt wie folgt: Das hochverdichtete heiße Abgas-Luft-Gemisch gelangt aus den Kanälen 59, 60 über die Leitungen 61, 62 in den Druckspeicher 51. Aus diesem Druckspeicher strömt es über die Leitungen 63, 64 und die Stellventile 65, 66 in den einen schematisch dargestellten oder auch in mehrere Druckgasmotoren 52 ein. Die entsprechenden Einlaß- und Auslaßöffnungen im Zylinder des dargestellten Druckgasmotors 52 werden in geeigneter Folge durch den Kolben geöffnet oder abgedeckt. Die Druckgase in den beiden Arbeitskammern des Druckgasmotors erteilen dem Kolben eine kombinierte Hub- und Drehbewegung, die auch das Zahnrad 73 mitmacht. Durch die axiale Länge dieses Zahnrades 73 ist ein ständiger Zahneingriff mit dem Abtriebszahnrad 74 sichergestellt, der einer Schrägverzahnung entspricht. The drive unit shown works as follows: That Highly compressed hot exhaust gas-air mixture passes from the channels 59, 60 via the Lines 61, 62 into the pressure accumulator 51. It flows over from this pressure accumulator the lines 63, 64 and the control valves 65, 66 in the one shown schematically or in a plurality of compressed gas engines 52. The corresponding inlet and outlet openings in the cylinder of the illustrated pressurized gas engine 52 are carried out in a suitable sequence the flask opened or covered. The compressed gases in the two working chambers of the Pressurized gas engines give the piston a combined lifting and rotating movement, which also the gear 73 participates. The axial length of this gear 73 is a constant Meshing with the output gear 74 ensured that a helical toothing is equivalent to.

Die Leistungssteuerung des Antriebsaggregates ist außerordentlich einfach. Hierzu werden lediglich die beiden Stellventile 65, 66, die z. B. als Drosselschieber ausgebildet sein können, verstellt, wodurch die de Arbeitsräumen ' des Druckgasmotors 52 zugeführten Gasmengen verändert und damit die vom Druckgasmotor an z. B. The power control of the drive unit is extraordinary simple. For this purpose, only the two control valves 65, 66, the z. B. as a throttle slide can be designed, adjusted, whereby the de working spaces' of the pressurized gas engine 52 supplied amounts of gas changed and thus the pressure from the gas engine to z. B.

das angetriebene Rad eines Fahrzeuges abgegebene Leistung entsprezhend beeinflußt wird.corresponding to the power output by the driven wheel of a vehicle being affected.

Sinkt der Gasdruck im Druckspeicher 51 ab, d. h., wird mehr Leistung im Motor 52 umgesetzt, als der Gaserzeuger in den Speicher als Druckgas einführt, dann spricht der Meßfühler 75 an und gibt Impulse zur Steuereinrichtung 77 ab. Diese Steuereinrichtung 77 verstellt wiederum die Einspritzpumpe 79, durch die größere Kraftstoffmengen den beiden Finspritzddsen 82, 83 zugeführt werden. Die Kraftstoffdosierung erfolgt somit automatisch und völlig unabhängig von der augenblicklich am Druckgasmotor abgenommenen Leistung, wobei die Leistungssteuerung dieses DruckqDsmotors 52 allein durch manuelles oder mechanisches Verstellen der Stellventile 65, 66 erfolgt. If the gas pressure in the pressure accumulator 51 drops, d. i.e., will be more power implemented in motor 52 when the gas generator introduces compressed gas into the reservoir, the sensor 75 then responds and sends pulses to the control device 77. These The control device 77 in turn adjusts the injection pump 79 by means of the larger one Amounts of fuel to the two Finspritzdsen 82, 83 are supplied. The fuel metering thus takes place automatically and completely independently of the momentary on the compressed gas engine removed power, the power control of this DruckqDsmotors 52 alone takes place by manual or mechanical adjustment of the control valves 65, 66.

Das erfindungsgemäße Antriebsaggregat eignet sich besonders als komplexer Antrieb für Fahrzeuge. Es bietet die Möglichkeit, unmittelbar an å edei inzelnen Radachse jeweils einen gesonderten Druckgasmotor 52 vorzusehen, der das zugeordnete Rad dann direkt antreibt. Die jeweils benötigten Leistungen lassen sich durch entsprechendes Betätigen der Stellventile 65, 66 feinfühlig einstellen, ohne daß zusätzliche Aggregate, wie z. B. Kupplungen, Getriebe, Differentiale mit entsprechenden Verbindungswellen, notwendig wären. Es können auch andere Druckgasmotoren, z. B. Lamellenmotoren od. dgl., eingesetzt werden. The drive unit according to the invention is particularly suitable as a more complex one Drive for vehicles. It offers the opportunity to contact each individual directly Wheel axle each provide a separate compressed gas motor 52, the associated Wheel then drives directly. The services required in each case can be determined by the corresponding Activate the control valves 65, 66 set sensitively without the need for additional units, such as B. clutches, gears, differentials with corresponding connecting shafts, would be necessary. Other pressurized gas engines, e.g. B. vane motors od. Like., are used.

Zum Ausgleich der auf den jeweiligen Zylinder wirkenden Reaktionskräfte, die durch die Drehbewegung des Kolbens hervorgerufen werden, ist es zweckmäßig, die Druckgasmotoren ebenso wie die Gaserzeuger jeweils paarweise und gegenläufig anzuordnen. To compensate for the reaction forces acting on the respective cylinder, caused by the rotary movement of the piston, it is advisable to the pressurized gas engines as well as the gas generators each in pairs and in opposite directions to arrange.

Claims

Claims 1. Internal combustion engine, in particular propellant gas generator, consisting from two working pistons and at least one compression piston, which are connected to each other firmly connected and equiaxed in one working cylinder and at least one Compression cylinders are arranged to be axially displaceable, from a cycle-white feed the combustion air in two compression chambers in which the air is compressed and Via pressure chambers alternately into those of the working cylinders and the working pistons limited combustion chambers is introduced, as well as from a fuel injection and a propellant gas line leading to a consumer, which is not possible -z e i c h n et that the from the two working pistons (16, 17) and the at least a compression.

piston (6, 6 ') formed assembly and on which the two working cylinders (22, 23) and the compression cylinder (6, 6 ') receiving the cylinder housing (4, 4') a radial guide element (13, 11, 12 or 7, 39, 40) is provided in each case, of which one (13; 36) in the circumferential direction a self-contained wave-shaped Course and as a sliding guide for the other guide element (11, 12 or 39, 40) is used, the guide elements from the stroke movement of the piston assembly (6, 16, 17) derive an additional rotary movement, and that each working cylinder (22, 23) is surrounded by a pressure chamber (26, 27), the heat exchanger for cooling the cylinder and at the same time represent charge air storage.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the guide element of the cylinder housing (all) as a wave-shaped curve recess (13) and the guide element of the piston assembly (6, 16, 17) than with both ends are formed diametrically in the curved recess (13) guided transverse pins (10).

3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the guide element of the piston assembly (6, 16, 17) as a self-contained, wave-shaped The annular collar (76) is formed, which can be rotated radially on the cylinder housing (1, 4 ') mounted roller pairs (39, 40) is performed.

4. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that that two compression pistons (6, 6 ') each delimiting a compression space radial (7) end face rigidly connected to one another by a central piston rod are to which the transverse pin (10) is attached.

5. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the end faces (1P, 19) of the ArbeitsIlben (16, 17) beveled or are bent and according to the specified work cycle connection openings Cover and open (30, 31) to the charge air reservoir (26) and to the propellant gas line (32).

6. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the undulating guide element (13 or 36) at an angular offset of 900 each has an apex, so that the piston assembly (6, 6 ', 16, 17) at executes a quarter turn around its longitudinal axis with each stroke.

7. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that two opposing directions for mass and vibration compensation working propellant gas generators are coupled to one another, wherein to control the Opposite rotation of both units provided a ring gear-toothed pinion transmission unit is.

8. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, in characterized by their use / a drive unit with a gas pressure accumulator (51), which has a valve control (65, 66) with at least one compressed gas engine (52) is connected. @ @ @@ @ @@ er: @ @@ @@ @@ @@@@ @@@ @ s @ @ @ @@@@ f @ @@@ @ @@ @ @ @@@ @@@ @@ @ @ @@@@ @ @ @ @@ @ @@@@@@@@@ z @ @@ @@ @@ @@@ @@ @@ @ @@@ @