DE3111419A1

DE3111419A1 - Zweitakt-dieselmotor mit gegenlaeufigen freikolben

Info

Publication number: DE3111419A1
Application number: DE19813111419
Authority: DE
Inventors: Albert 6683 Spiesen Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-24
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-10-28

Description

Zweitakt-Dieselmotoi mit. gegenläufiger. Freikolben

Le Erfindung ben ifft Zweitakt-Dieselmotoren bei denen in jedem ylindei zwei gegenläufige Freikolber, mit zwei Pumpenkolben oder der. D Ib en s tan gen. von zwei Verdichter verbunden sind , und besteht darin , aß zwischen den Freikolben und den mit den Zylinderdeckeln verbundenen umpenzylindern Puff er kammern für Luft angeordnet sind -, damit die urch den Gasdruck angetriebenen Freikolben beim Hingang durch Ver- '_. ichten der Puffeiluft weich abgefangen ,

eim Rückgang durch hohe Pufferdrücke staik beschleunigt werden und ußerdem durch die gleichen Hübe bei hohen Pufferdrücken einen Gleichang haben .

ußerdem wird für Zweizylindermotoren vorgeschlagen , die beider ylinder durch Kanäle in den Zylinderdackeln für eine hydr. Übertragng der Kolbenbewegungen miteinander zu verbinden .

irfindungsgemäß werden die Pufferkammern über federbelastete Kolben-"entile , die nur bei hohen Gasdrücken geöffnet sind , durch Druckluft ;eladeii , damit die Pufferdrücke bei den kleineren Kolbenflächen nicht ;u stark ansteigen .

)ei Puffer-Ladediuck wird hierbei durch ein von dem Motor-Ladedruck geregeltes Druckminderventil eingestellt , damit die Pufferdrücke )ei veränderlichem Motor-Ladedruck nahezu gleich bleiben .

Srfindungsgemäß hat jeder Zylinder eine Einspritzpumpe mit einem Pumpenkolben , der durch die Kompressionsluft angetrieben wird , und äiner Drosseldüse , damit ein mech. Antrieb nicht erforderlich ist , xnd damit durch eine gedrosselte Einspritzung die Verbrennungsdriicke licht zu hoch werden .

Außerdem wird die Einspritzmenge geregelt über einen Jttegeldorn , der lurch den Druck der Pumpe oder des Verdichters gegen eine Regelfeder gedrückt wird , damit die Freikolben-Hübe unabhängig sind Von der Belastung des Motors

Die Kraftstoffpumpe , die auch durch die Kompressionsluft angetrieben wird , ist neben der Einspritzpumpe und dem Pegeldorn für die Einspritzmenge in einem Gehäuse angeordnet , damit die vollständige Einspritzpumpe eine günstige Wirkung und eine einfache Bauart hat und in der Herstellung billig ist .

• · · I

J*der Zylindei hat allßerMem'an "dem Kompfessionsrauiri in dei ivürte eine isol. Wälzkammer für eine gute Gemischbildung und eine günstige Verbrennung bei niedrigen Einspritzdruck und niedr/ Küh Iv ei lust en .

Die Spülluft wird durch einen Abgasturbolader , oder durch die Verdichter geliefert .

Das Anlassen erfolgt erfindungsgemäß über ein Anlaßpedal durch Glühkerze , Druckluft und Anlaß-Einspritzung .

Die vorgeschl. Motoren haben eine Gleichstromspülung ohne Ventile , bei der die an den Hubenden Liegenden Einlaß-und Auslaßschlitzen durch die Freikolben gesteuert werden .

Durch die Puffexkammerη ist für die Freikolben ein Gleichgang-Getriebe nicht erforderlich , da bei gleichen Kräfteverhältnissen und hohen Pufferdrücken die Hübe der beiden Freikolben gleich sind .

Außerdem werden die Freikolben in den wassergekühlten Zylindern durch das Öl und die expandierende Pufferluft gut gekühlt '. Bei Freikolben-Böden mit Kühlrippen ist die Kühlung noch günstiger .

Durch die gegenläufigen Freikolben und die Pufferkammern haben die v.orgeschl. Motoren

einen vollkommenen Massenausgleich und ein^-n ruhigen Lauf in jedem Zylinder

ein kleines Oberflächen-/ Volumenverhältnis bei der Verbrennung und daher niedr. Kühlverluste ,

sehr kleine Ktibungsverluste und somit

einen niedr. spez. Kraftstoffverbrauch ,

eine Gleichstromspülung ohne Ventile ,

eine einfache robuste Bauart ohne Kurbelwelle ,Pleuel , Nockenwelle und Gleichgang-Getriebe

Da außerdem das Leistungsgewicht bei mittl. Drücken von 8 bis 10 bar und Kolbengeschw. von 8 m/s niedrig ist , sind die Herstellungskosten bei den vorgeschl. Motoren niedriger als-bei bekannten Motoren mit gleicher Leistung .

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Die vorgeschl. Motoren , die auch mit mehreren Zy linde j η Γ ^i gio.je Leistungen geeignet sind , können verwendet ν» erden für den Antiieb von Verdichtern , lumpen und Druckpumpen für Hydiaulik-Anlagen , die außeidem in Veibindung rait einem regelbaren ölmotoi als Fahl zeu.;-Ar.ti ieb geeignet -sind .

Ii den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt , und zwar zeigt

Blatt 1 einen Längsschnitt durch einen Einzylindei-Kotoi mit Pumpe ,

¹¹ 2 " " " " » Zweizylindei-Motor " "

¹¹ $ " Querschnitt " " ' " " " '' "

" 4 " Längsschnitt " " Einzylindei-Motor " Verdienter " 5 eine Einspritzpumpe mit Kompiessionsantrieb

Each Blatt 1 bewegen sich bei dem vorgeschl. Zweu Laktmotoi in de::, Zylinder 1 zwei gegenläufige Fieikolben 2 bei dei Expansion von der kitte nach außen , steuern die an den Hubenden liegenden Auslaß-und Einlaßschlitzen A und E für eine Gleichstromspülung , bewegen sich dann bei der Kompression wieder nach innen und werden in dei Mitte durch die Kompressionsluft weich abgebremst .

Zwischen den Freikolbenjdie beim Hingang duich den Gasdiuck angetiieber werdenjund den mit den Zylinderdeckeln 3 verbundenen Pumpenzylinder sind Pufferkammern P angeordnet , damit durch Verdichten dei eingeschlossenen Luft die Freikolben beim Hingang weich abgebremst und dann mit. hohem Pufferdruck beim Rückgang beschleunigt weiden .

Außerdem sind durch die hohen Pufferdrücke die Hübe dei Freikolben bei gleichen Kräfteverhältnissen auch gleich ; ein Gleichgang-Getriebe ist somit nicht erforderlich .

Di. die Hohlräume zwischen den Zylinderdeckeln und den Freikolben zum Teil mit 01 gefüllt sind , haben die Freikolben in den wassergekühlten Zylindern durch das öl und die expandierende Puff er luft außerdem eine gute Kühlung .

De die Beschleunigungen der Freikolben durch die Gasdrücke größer sind als durch die Pufferdrücke , sind die K^lbengeschwindigkeiten beim Hingang größer als beim itückgang .

Die Freikolben sind direkt mit den Pumpenkolben 4 oder den Kolben- · η , stangen der Verdichter verbunden . ι

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hach Blatt 2 sind bei-'dejm •Zwe-i_<z_ty;iLijd*«jx--rJi/lotoi· die beiden Zylinder durch je einen Kanal in den Zylinderdeckeln miteinander verbunden, und die Hohlräume zv;ischen den Freikolben der beiden Zylinder sind vollständig gefüllt .

Durch die hydi . Verbindungen sind dahei bei dem Zv, ei zylinder mo toi ,je zwei Freikolben doppeltwirkend ·, hierdurch sind die Kolbengeschwindigkeiten beim Hingang-und Rückgang gleich und es wird bei jedem Hub '··· Arbeit geleistet .'

Bei Ölverlust werden die hydr. Verbindungen im Betrieb autom. über Ruckschlagventile durch Drucköl aufgefüllt . ·

Der vorgeschl. Motor , der durch die gegenläufigen Freikolben einen vollkommenen Massenausgleich und einen ruhigen Lauf hat , ist ohne Kurbeltrieb im Aufbau einfacher , kleiner und löichter und die Reibungsverluste , die Kühlverluste , der spez. Kraftstoffverbrauch und der Schmierölverbrauch sind niedriger .

Diesae Vorteile gelten nochmals für die Pumpen oder Verdichter ohne Kurbeltrieb .

Zur Vermeidung von hohen Verbrennungsdrücken wird eine gedrosselte Einspritzung gegen Ende der Kompression vorgeschlagen .

Außerdem werden für gute Gemischbildung , günstige Verbrennung , niedrige Kühlverluste und niedr. Einspritzdruck isol. Wälzkammern vorgeschlagen . _

Da die Kompressionsräume in dem Zylinder und in den beiden Puffer-Kammern von dem Ladedruck abhängig sind , werden die Freikolben-Hübe bei zweifachem Ladedruck etwa 15 % kleiner .

Mit dem Ladedruck steigt auch die Verdichtungsarbeit und die kinetische Energie der Faoikolben.

Bei konstantem Kompressions-'rEnddruck ist daher bei zweifacnem j_adedruck die- Freikolben-G-eschwindigkeit etwa 40 % -größer .

Da die Einspritzmenge durch den Pumpen-oder Verdichterdruck geregelt wird , sind die Freikolben-Hübe unabhängig von der Belastung des Motors

Die Pufferarbeit , die nahezu gleich -ist der Kompressionsarbeit , wird in den Pufferkammern-feei mit größeren Ladedrücken wie im Zylinder geleistet , damit die Pufferdrücke bei den kleineren Kolbenflächen nicht zu stark ansteigen .

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Dei- Puffer—Ladedrucfc«-v>i:sd ufcn."r •■'■*ii:*'vor?v"iein JVjOtoi -Ladeai auk ,'Ut^aUs Druckminderventil eingestellt , damit bei veränderlichen; Lo«ei-Ladedruck die Pufferdrücke nahezu ^gleich bleiben . Die Puffer'ladeluft , die durch die federbelasteten Kolbenvertile 6 von den Puff er kammern getrennt ist , kann nur· bei hoher Gasdrücken durch die geöffneten KolbenveriLile strömen .

ftach Blatt 4 sind die beiden Freikolben 2 des Motore duich Kolbenstangen 4 mit den beiden Kolben eines zweistufigen Verdichters verbunden . Die Kolbenstangen sind hierbei in den mit den Zylinderdeckel 3 verbundenen Pufferkolben 5 abgedichtet .

Die Spülluft wird hier von dem Verdichter geliefert . Bei dem Hingang der Kolben wird in den Niederdruck-Zylindern ein Teil der Luft durch die in der Mitte des Hubes angeordneten Spülluft-Druckventile 9 in die als Aufnehmer dienenden Hohlräume des kotoigehäuses verdrängt .

Durch die komprimierte Luft in den schädlichen !Räumen erfolgt auiäerdem noch eine Beschleunigung beim Rückgang der Freikolben .

Die Kolbenbeschleunigungen sind bei dem vorgeschl. Freikolben-Verdichter durch die größeren Massen aber kleiner als bei der vorgeschl. Freikolben-Pumpe .

Bei hohen Drücken können die Pumpen mit den federbelasteten Saug-und Druckventilen durch die kleinen Fördermengen auch klein ausgeführt werden .

jNach Blatt 3 sitzt das Einspritzventil und die für das Anlassen erforderliche Glühkerze auf der- isol. Vvälzkamincr 3 in dea lviitte des Zylinders .

Außerdem sind in der Mitte des Zylinders die Einspritzpumpe 10...18 , das Kolbenventil 6 für die Pufferkammern und das Rückschlagventil 20 für die Anlaß-Druckluft an den Kompressionsraum angeschlossen . Der mit den unter dem Motor liegenden Aufnehmer für das Abgas und die Ladeluft durch eine Leitung und einen Schlauch verbundene Abgasturbolader 7 sitzt; auf dem Motor .

Auf Blatt 5 ist in*"Äbb." 5 ein *Läng*sscüfiitt durch die Einspritzpumpe und in Abb. 6 ein Längsschnitt durch die Kraftstoffpumpe unä den Regeldorn für die Einspritzpumpe dargestellt . Die Abb. 7 und 8 zeigen Querschnitte durch das gemeinsame Gehäuse .

Bei dei Einspritzpumpe,die keinen mech. Antrieb hatj wird der Pumpenkolben 10 übei den federbelasteten Kolben 11 duich die Kompressionsluft angetrieben und das Einspritzventil als Druckventil verwendet .

Bei der Kraftstoffpumpe wird dei federbelastete Pumpenkolben 12 auc/h, durch die Kompressionsluft angetrieben . Die Verdrängung der Kraftstoffmenge ei folgt während und nach der Spülung duxch die Feder . Die von dem Pumpenkolben 10 gesteuerte Einlaßöffnung der Einspritzpumpe ist bei niediigen Gasdrücken also während und lange nach der Spülung geöffnet .

Die Einspritzung wird außerdem durch die hinter dem' Pumpenkolben liegende Drosseldüse 13 gedrosselt , damit die Verbrennungsdrücke nicht zu hoch ansteigen .

Die Regelung der Einspritzmenge erfolgt durch den Begeldorn 14 hinter der Kraftstoffpumpe und durch das Überdruckventil 15 für den überschüssigen Kraftstoff .

Der mit dem Regeldorn verbundene Kolben 16 wird bei der ftegelung durch den Druck der Pumpen oder der Verdichter gegen die Eegelfedex 17 gedruckt .

Außerdem hat die Einspritzpumpe noch das Rückschlagventil 18 und einen Anschluß für die Anlaß-Einspritzmenge , die übet einen Pumpenkolben durch das Anlaßpedal eingespritzt wird .

Das Anlassen erfolgt über ein Anlaßpedal durch Glühkerze , Druckluft und Anlaß-Einspritzmenge

Beim Anlassen stehen die Freikolben durch den Ausgleich zwischen Pufferdruck und Kompressionsdiuck nahezu in Mittelstellung .

Durch das Anlaßpedal wird die Glühkerze eingeschaltet und ein Absperrventil für die Druckluft wird geöffnet ^ die durch das Rückschlagventil 20 in den Zylinder strömt .

copy ' — 6 —

Sobald dei durch eirr^^ucKmincIeivenuii *fevgrenzte- Diuck im Zvlindei auf 3 bis 4 bar angestiegen ist , wird durch einen Anlaß-Puir.per.Koioen , dei durch einen federbelasteten Druck luftKolben entriegelt wird , die Anlaß-Exnspritzmenge eingespritzt .

Bei dei· folgenden Verbrennung werden die Fieikolbi..n duich einen Druck von 12. bis 15 tar beschleunigt , dann durch die Puff ei luft stalle veizögert und mit hohem Pufferdruck beim Bückgang beschleunigt .

!Nach diesem einmaligen Anstoßen ist bei hoher Kompression mit der Einspritzung durch die Einspritzpumpe dei Iviotor angelaufen .

Nach Blatt 1 sind die Pumpenkolben durch G-ewinde mit den aus Leichtmetali bestehenden .Freikolben fest verbunden . Außerdem wird nach Blatt 2 eine radial bewegliche Verbindung dei Pumpenkolben mit den Freikolben durch Bolzen und Gewindebüchsen vorgeschlagen-, damit bei Querverschiebung der Pumpenzylinder ein Verklemmen dei Pumpenkolben vermieden wird .

Die Böden der Freikolben sind auf einer Seite glatt und verchromt , damit die Wärmebelastung niedrig ist , und haben auf der andeien Seite Kühlrippen , damit die Kühlung durch die Pufferluft stärkei ist .

Damit weniger Pufferluft in die Ladeluft-Leitungen verdrängt wird , sind die Kolbenventile 6 an den Zylinderdeckeln angeordnet und durch zwei Ölleitungen über einen Kolben mit dem Kompressionsraum.verbunden

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Leerseite

Claims

3 α ο OQ α

O 0 O DO 4

Aj Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen ^reikolben , die raiu den Korben einer Pumpe oder den Kolbenstangen eines VerdicftOers verbunden sind , dadurch gekennzeichnet , daß jedei Freikolben eine Pufferkammer hat in die der mit dem Zylinderdeckel verbundene Pumpenzylinder oder Pufferkolben dringt , damit die bei den gegenläufigen Freikolben durch die Pufferluft beim Hingang weich abgebremst werden , und bei hohem pufferdruck ohne Gleichgang-Getiiebe die gleichen Hübe haben , und dann beim Rückgang stark beschleunigt werden <,

2„ Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen Fieikolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Hohlräume zwischen den Freikolben und den Zylinderdeckeln zum Teil mit Ol gefüllt sind , damit die Freikolben in den wassergekühlten Zylindern durch Öl und die expandierende Pufferluft eine gute Kühlung haben .

3, Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen Freikolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß bei Zweiaylinder-Motoren die beiden Zylinder durch je einen Kanal in den Zylinderdeckeln miteinander verbunden und die Hohlräume zivischen den Freikolben der beiden Zylinder vollständig mit Öl gefüllt sind , dam.it je zwei Freikolben durch die hydr. Übertragung außerdem doppeltwirkend sind .

4. Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen Freikolben nach den Ansprüchen 1 bis 9 ? dadurch gekennzeichnet daß die Pufferkammern über die federbelasteten Kolbenventile (6) , die nur bei hohen Gasdrücken geöffnet sind , durch Druckluft geladen weiden , damit die Pufferdrücke bei den kleineren Kolbenflächen nicht zu hoch werden .

5« Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen Fieikolben nach den Ansprüchen 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß der Puffer-Ladedruck durch ein von dem Motor-Ladedruck geregeltes Druckminderventil eingestellt wird , damit die Pufferdrücke · bei veränderlichem Motor-Ladedruck nahezu gleich bleiben .

3 11 H 19

6. . Zweitakt-Dieselmojfof "ynTt^fcg^riiau^riggn Freikolben nach den

,Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet , darf jeder Zylinder eine ; Einspr-itzpumpe (10) mit einem Pumpenkoxben (10) hat , der über den ^: federbelasteten Kolben (11) durch die Kompressionsluft angetrieben ^; wird , una aaß hinter dem Pumpenkolben eine Drosseidüse angeordnet
ist , damit ein mech. Antrieb niaäit erforderlich ist und damit
durch eine gedrosselte Einspritzung bei hoher Kompression die
Verbrennungsdrücke nicht zu hoch, werden . ·

7· Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen Freikolben nach den

Ansprüchen 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , daß die Einspritzmenge über den icegeldorn v.14) , der durch die Hegelfeder belastet ä wird , durch den Druck der Pumpe oder des Verdichters geregelt .; wird , damit bei veränderlicher Belastung des Motors die Freikolben- ' Hübe nahezu gleich bleiben . j

8. Zweitakt-Dieslmotor mit gegenläufigen Freikolben nach den
Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet , daß der federbelastete
Kolben der Kraftstoffpumpe auch durch Kompressionsluft angetrieben
wird , und daß die Kraftstoffpumpe mit dem Überdruckventil (15) für
den überschüssigen Kraftstoff, der icegeldorn für dei Einspritzmenge , die Einspritzpumpe und das Rückschlagventil (18) für die
Anlaß-Einspritzung in einem Gehäuse angeordnet sind , damit die ; vollständige Einspritzpumpe eine günstige Wirkungsweise und eine ί

einfache Bauart hat und in der Herstellung billig ist . ■

9. Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen Freikolben nach den . j Ansprüchen 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , daß das Anlassen über jj ein Anlaßpedal durch Glühen , Druckluft von 5 bis 4 bar und eine j Anlaß-Einspritzmenge erfolgt , damit die nahezu in Mittelstellung i stehenden Freikolben bei der Verbrennung mit einem Druck von 12 ! bis 15 "bar beschleunigt werden und durch einen hohen Pufferdruck j und einen hohen Kompressionsdruck die Einspritzung durch die Ein- j spritzpumpe herbeiführen . j

10..Zweitakt-Dieselmotor mit gegenläufigen Freikolben nach den ^!

Ansprüchen 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpenkolben ! oder die Kolbenstangen der Verdichter durch Bolzen und Gewinde- i büchsen radial beweglich mit den Freikolben verbunden sind , damit
ein Verklemmen der Pumpenkolben bei Querverschiebung der Pumpen "
nicht erfolgt .

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