DE3708972A1 - Two-stroke diesel engines with opposing free pistons and buffer chambers - Google Patents

Two-stroke diesel engines with opposing free pistons and buffer chambers

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Abstract

The invention relates to two-stroke diesel engines with opposing free pistons and buffer chambers, which according to patent application P 3627184.5 drive two freewheel shafts by way of piston rods, geared racks and gears with internally arranged wedging elements. According to the invention the wedging elements 32 of the freewheel shafts 30 are arranged without play in the bores of the gears 31 between the wedges A and B lying in a plurality of grooves and in slower and reverse running of the gears are gently pressed against the freewheel shafts due to the centrifugal force effect of the inner wedges B, so that in synchronous operation the thin, tall wedging elements, slightly inclined towards the radial position, with narrow wedging surfaces and two lateral contact edges with cross-section free from play drive the freewheel shafts with high wedging forces without shock due to tilting action. In addition, the engine shaft is connected by toothed belt drives to one freewheel shaft and to the reverse gear of the other freewheel shaft. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Zweitakt-Dieselmotoren mit gegenläufigen Freikolben und Pufferkammern, die nach Patentanmeldung P 36 27 184.5 über Kolbenstangen, Zahnstangen und Zahnräder mit innen liegenden Klemmkörpern zwei Freilaufwellen antreiben.The invention relates to two-stroke diesel engines with counter-rotating Free pistons and buffer chambers, according to patent application P 36 27 184.5 on piston rods, racks and gears with drive two freewheel shafts located inside.

Die Einspritzpumpen werden durch Kompressionsluft angetrieben und bei Zweizylinder- und Vierzylindermotoren durch die Gasdrücke des zugeordneten 1. bzw. 2. Zylinders gesteuert.The injection pumps are powered by compression air and in two-cylinder and four-cylinder engines by the gas pressures of the assigned 1st or 2nd cylinder controlled.

Die Motoren arbeiten mit Gleichstromspülung und Abgas-Turboauf­ ladung und haben in jedem Zylinder einen vollständigen Massenaus­ gleich.The engines work with DC flushing and exhaust gas turbo charge and have a complete mass dimension in each cylinder equal.

Bei niedr. Wärmeverlusten haben diese Motoren außerdem niedr. Reibungsverluste, weil die Beschleunigungen und die Verzögerungen der Freikolben und der Zahnstangen-Antriebe nur durch die hohen Drücke der Luft bzw. des Gases in den Zylindern und in den Puffer­ kammern erfolgen, und weil alle Wellen in Wälzlager laufen.At low. These motors also have low heat losses. Friction losses because of the accelerations and the decelerations the free piston and the rack and pinion drives only through the high ones Pressures of the air or gas in the cylinders and in the buffer chambers take place, and because all shafts run in roller bearings.

Erfindungsgemäß sind die Klemmkörper der Freilaufwellen in den Bohrungen der Zahnräder zwischen den in mehreren Nuten liegenden Keilpaaren ohne Spiel angeordnet und werden bei langsamerem und umgekehrtem Lauf der Zahnräder durch die Fliehkraftwirkung der inneren Keile schwach gegen die Freilaufwellen gedrückt, damit bei Gleichlauf die dünnen, hohen und gegen die radiale Lage schwach geneigten Klemmkörper mit schmalen Klemmflächen und spiel­ freiem Querschnitt die Freilaufwellen ohne Stoß durch Kippwirkung mit großen Klemmkräften antreiben.According to the invention, the clamping bodies of the freewheel shafts are in the Bores of the gears between those in several grooves Wedge pairs arranged without play and are slower and reverse running of the gears by the centrifugal force of inner wedges pressed lightly against the freewheel shafts so that with synchronism the thin, high and against the radial position slightly inclined clamping body with narrow clamping surfaces and play free cross-section of the freewheel shafts without impact due to the tipping effect drive with large clamping forces.

Erfindungsgemäß sind die breiten Zahnräder nur auf dem für den Kolbenhub erforderlichen Teil des Umfanges mit einer Pfeilverzahnung und mit einem Ausgleichgewicht ausgeführt, damit bei einfacher und leichter Bauart die Zahnräder einen axialen Druckausgleich und einen niedr. Massendruck haben.According to the invention, the wide gears are only on the for Piston stroke required part of the circumference with an arrow toothing and executed with a balance weight, so with simple and light design the gears an axial pressure equalization and a low. Have mass pressure.

Außerdem haben die Zahnräder Kegelrollenlager, die ohne Außenringe in den Bohrungen laufen, damit die Tragfähigkeit groß ist.The gears also have tapered roller bearings that have no outer rings run in the holes so that the load capacity is large.

Erfindungsgemäß ist die Motorwelle durch Zahnriemen-Antriebe mit einer Freilaufwelle und mit dem Umkehr-Zahnrad der anderen Frei­ laufwelle verbunden, damit die Bauart und die Kraftübertragung einfacher und der Reibungsverlust kleiner ist als bei Stirnrädern. According to the invention, the motor shaft is provided with toothed belt drives one freewheel shaft and with the reverse gear of the other free shaft connected so that the design and power transmission easier and the friction loss is smaller than with spur gears.  

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigtThe invention is shown in the drawing, for example, and shows

Blatt 1 einen horizontalen Längsschnitt, Sheet 1 a horizontal longitudinal section,

Blatt 2 einen vertikalen Längsschnitt, Sheet 2 a vertical longitudinal section,

Blatt 3 einen Querschnitt eines Zweitakt-Dieselmotors mit gegenläufigen Freikolben, Pufferkammern, Zahnstangen, zwei Freilaufwellen und Zahnriemen-Antriebe für die Motorwelle, Sheet 3 shows a cross section of a two-stroke diesel engine with counter-rotating free pistons, buffer chambers, toothed racks, two freewheel shafts and toothed belt drives for the motor shaft,

Blatt 4 einen Längs- und einen Querschnitt eines Zahnrades mit Klemmkörper. Sheet 4 shows a longitudinal and a cross section of a gear wheel with a clamping body.

Bei diesen Motoren arbeiten in jedem Zylinder 1 zwei Freikolben 2, die über Kolbenstangen 4 mit den außen angeordneten Zahnstangen 35 verbunden sind. Der Hub der Freikolben wird nach innen durch die verdichtete Verbrennungsluft in dem gemeinsamen Kompressionsraum begrenzt. Die äußere Hubbegrenzung erfolgt durch die verdichtete Luft in den zwei Pufferkammern der außen verschlossenen Zylinder. Bei dem Kompressionshub werden die Freikolben durch die verdichtete Pufferluft beschleunigt. Die Kompressionsarbeit wird durch die kinet. Energie der beiden Freikolben geleistet.In these engines, two free pistons 2 work in each cylinder 1 , which are connected via piston rods 4 to the toothed racks 35 arranged on the outside. The free piston stroke is limited internally by the compressed combustion air in the common compression chamber. The outer stroke is limited by the compressed air in the two buffer chambers of the cylinders that are closed on the outside. During the compression stroke, the free pistons are accelerated by the compressed buffer air. The kinet. Energy of the two free pistons.

Die Kolbenstangen 4 sind durch Bolzengelenke 36 mit den auf den Rollen 37 abgestützten breiten Zahnstangen 35 verbunden, die die Hubbewegung über breite Zahnräder 31 mit Pfeilverzahnung, innen liegenden Klemmkörper 32 und Rollen 33 auf die in Wälzlager 34 laufenden zwei Freilaufwellen 30 bei Gleichlauf in eine Drehbe­ wegung mit günstigem Drehmoment übertragen, bis der Freilauf bei der Kolbenverzögerung durch die verdichtete Pufferluft beginnt. Nach Blatt 4 sind die Klemmkörper 32 der Freilaufwellen 30 in den Bohrungen der Zahnräder 31 zwischen den in mehreren Nuten liegenden Keilpaaren A und B ohne Spiel angeordnet und werden bei langsamerem und umgekehrtem Lauf der Zahnräder 31 durch die Fliehkraftwirkung der inneren Keile B schwach gegen die Freilaufwellen gedrückt, damit bei Gleichlauf die dünnen, hohen und gegen die radiale Lage schwach geneigten Klemmkörper mit schmalen Klemmflächen und spielfreiem Querschnitt die Freilaufwellen ohne Stoß durch Kipp­ wirkung mit großen Klemmkräften antreiben.The piston rods 4 are connected by pin joints 36 to the wide racks 35 supported on the rollers 37 , which perform the lifting movement via wide gears 31 with serration, internal clamping bodies 32 and rollers 33 on the two freewheel shafts 30 running in roller bearings 34 in synchronism in a rotary shaft Transfer motion with favorable torque until the freewheeling begins with the piston deceleration due to the compressed buffer air. According to sheet 4, the clamping bodies 32 of the freewheel shafts 30 are arranged in the bores of the gear wheels 31 between the spline pairs A and B lying in several grooves without play and become weak against the freewheel shafts when the gear wheels 31 run slower and vice versa due to the centrifugal force of the inner splines B. pressed, so that the thin, high clamping bodies with narrow clamping surfaces and a play-free cross section, which are slightly inclined towards the radial position, drive the freewheel shafts without impact due to the tilting effect with high clamping forces.

Die breiten Zahnräder 31 sind nur auf dem für den Kolbenhub erforder­ lichen Teil des Umfanges mit einer Pfeilverzahnung und mit einem Ausgleichgewicht ausgeführt, damit bei einfacher und leichter Bauart die Zahnräder einen axialen Druckausgleich und einen niedr. Massendruck haben.The wide gears 31 are only carried out on the part of the circumference required for the piston stroke with an arrow toothing and with a balance weight, so that the gears have a simple and lightweight design, an axial pressure compensation and a low. Have mass pressure.

Außerdem haben die Zahnräder Kegelrollenlager 33, die ohne Außen­ ringe in den Bohrungen laufen, damit die Tragfähigkeit groß ist. In addition, the gears have tapered roller bearings 33 which run without outer rings in the holes so that the load capacity is large.

Nach Fig. 1 ist die Motorwelle durch Zahnriemen-Antriebe 39 mit einer Freilaufwelle 30 und mit dem Umkehr-Zahnrad 38 der anderen Freilaufwelle verbunden, damit die Bauart und die Kraftüber­ tragung einfacher und der Reibungsverlust kleiner ist als bei Stirnrädern.According to Fig. 1, the motor shaft by means of toothed belt drives 39 is the other idle shaft connected to an idle shaft 30 and with the reverse gear 38, so that the design and the power transfer easier and the friction loss is smaller than spur gears.

Da bei einem Zahnriemen-Antrieb die Umfangsgeschwindigkeit 50 m/s betragen kann, können bei gleicher Drehzahl die Zahnscheiben größer sein als Zahnräder. Die gleiche Leistung wird also bei höherer Geschwindigkeit mit kleinerer Umfangskraft bei schwächerer Lagerbelastung übertragen.Since the circumferential speed of a toothed belt drive is 50 m / s the toothed discs can be at the same speed be larger than gears. So the same performance is at higher speed with smaller circumferential force with weaker Transfer bearing load.

Außerdem ist die Herstellung der Zahnscheiben aus Leichtmetall oder Kunststoff einfacher und billiger als die Herstellung von Zahnrädern aus hochwertigem Stahl.In addition, the toothed lock washer is made of light metal or plastic easier and cheaper than making High quality steel gears.

Bei dem niedrigen Gewicht der Zahnriemen ist daher für die Über­ tragung der gleichen Leistung der Zahnriemen-Antrieb bei gleichem Achsabstand einfacher und wirtschaftlicher als ein Zahnrad-Antrieb.With the low weight of the timing belt is therefore for the over Carrying the same power of the toothed belt drive with the same Center distance easier and more economical than a gear drive.

Der von der Kolbengeschwindigkeit abhängige Puffer-Ladedruck wird durch Druckluft mit dem Puffer-Laderegler 55 eingestellt. Bei der durch den hohen Gasdruck mit den Puffer-Ladeschiebern 50 gesteuerten Pufferladung sind die Drücke in den beiden Puffer­ kammern eines Zylinders gleich; hierdurch wird der Gleichgang eingehalten.The buffer charge pressure, which is dependent on the piston speed, is set by compressed air with the buffer charge regulator 55 . In the case of the buffer charge controlled by the high gas pressure with the buffer loading slide 50 , the pressures in the two buffer chambers of one cylinder are the same; this keeps the synchronism.

Die Regelung der Kolbengeschwindigkeit erfolgt in Abhängigkeit von der Belastung durch Regelung der Einspritzmenge mit dem Fahrpedal.The piston speed is controlled in dependence of the load by regulating the injection quantity with the Accelerator pedal.

Für Motoren mit konstanter Drehzahl ist der Puffer-Ladedruck auch konstant. Die Regelung der Einspritzmenge erfolgt hier durch einen Drehzahlregler.The buffer charge pressure is for engines with constant speed also constant. The injection quantity is regulated here through a speed controller.

Durch Fliehkraft-Puffer F, die hinter den Freilaufwellen 30 ange­ ordnet sind, steigen die Zahndrücke nicht über 20 bar. By centrifugal force buffer F , which are arranged behind the freewheel shafts 30 , the tooth pressures do not rise above 20 bar.

Der Motor arbeitet mit einer Gleichstromspülung ohne Ventile. Die an den äußeren Hubenden der Freikolben liegenden Einlaß­ schlitze E und Auslaßschlitze A werden hierbei von den Freikolben gesteuert.The motor works with a DC purge without valves. The inlet slots E and outlet slots A lying on the outer stroke ends of the free pistons are controlled by the free pistons.

Die Spülluft wird von dem Abgasturbolader 40 durch die Ladeluft­ leitung 42 in den Zylinder gedrückt und verdrängt das restliche Abgas in die Abgasleitung 41.The purge air is pressed by the exhaust gas turbocharger 40 through the charge air line 42 into the cylinder and displaces the remaining exhaust gas into the exhaust line 41 .

Die durch Kompressionsluft angetriebenen Einspritzpumpen 10 sind mit den in der Mitte der Zylinder liegenden Kompressionsräumen verbunden.The injection pumps 10 driven by compression air are connected to the compression spaces located in the middle of the cylinders.

Das Anlassen erfolgt bei eingeschalteten Glühkerzen 29 durch Druckluft und eine Anlaß-Einspritzpumpe 11.Starting takes place with the glow plugs 29 switched on by compressed air and a starting injection pump 11 .

Durch tangentiale Einströmung der Spülluft erfolgt die Gleich­ stromspülung mit Drall.The same occurs through the tangential inflow of the purge air current flush with swirl.

Hierdurch werden die Abgase vollständig ausgespült und es wird außerdem bei einer tangentialen Einspritzung mit einer Einloch- Einspritzdüse in der gleichsinnig kreisenden Luftladung an der Zylinderwand eine gute Gemischbildung erreicht. Die Verbrennung, die mit den der Luft zugewandten Kraftstoffteilchen beginnt, verläuft in dem Kompressionsraum von außen nach innen geordnet und ist daher weich und vollständig bei niedrigem Einspritzdruck und geringerem Luftverhältnis.This completely flushes out the exhaust gases and it becomes also with a tangential injection with a single-hole Injector in the same rotating air charge on the Cylinder wall achieved a good mixture formation. The combustion, that starts with the fuel particles facing the air, runs in the compression space from outside to inside and is therefore soft and complete at low injection pressure and lower air ratio.

Der vorgeschl. Motor ist daher für verschiedene Kraftstoffe ge­ eignet.The proposed Engine is therefore ge for different fuels is suitable.

Da bei den gegenläufigen Freikolben das Oberflächen-/Volumen- Verhältnis klein ist, sind die Wärmeverluste auch klein.Since the surface / volume Ratio is small, the heat losses are also small.

Die vorgeschl. Motoren sind durch die gute Gemischbildung und durch die Einspritzpumpen mit Kompressionsantrieb für schnellen Lauf geeignet und können außerdem durch Abgasturbolader mit mittl. Drücken von 9 bis 15 bar arbeiten.The proposed Motors are due to the good mixture formation and thanks to the injection pumps with compression drive for fast Run suitable and can also by turbocharger with medium. Working pressures from 9 to 15 bar.

Die vorgeschlagenen Motoren können mit einem, zwei und vier Zylindern gebaut werden.The proposed engines can be one, two and four Cylinders are built.

Bei schwacher Belastung wird durch Teilbetrieb Kraftstoff gespart. Da die Beschleunigungen der Freikolben durch die Pufferdrücke kleiner sind als durch die Verbrennungsdrücke, sind die Kolben­ geschwindigkeiten bei den Kompressionen kleiner als bei den Expansionen.When the load is low, fuel is saved through partial operation. Because the accelerations of the free piston due to the buffer pressures the pistons are smaller than those caused by the combustion pressures speeds with the compression smaller than with the Expansions.

Claims (3)

1. Zweitakt-Dieselmotoren mit gegenläufigen Freikolben und Pufferkammern nach Patentanmeldung P 36 27 184.5, Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (32) der Freilauf­ wellen (30) in den Bohrungen der Zahnräder (31) zwischen den in mehreren Nuten liegenden Keilen (A) und (B) ohne Spiel angeordnet sind und bei langsamerem und umgekehrtem Lauf der Zahnräder (31) durch die Fliehkraftwirkung der inneren Keile (B) schwach gegen die Freilaufwellen (30) gedrückt werden, damit bei Gleichlauf die dünnen, hohen und gegen die radiale Lage schwach geneigten Klemmkörper mit schmalen Klemmflächen und zwei seitlichen Berührungskanten bei spielfreiem Querschnitt die Freilauf­ wellen ohne Stoß durch Kippwirkung mit großen Klemmkräften antreiben.1. Two-stroke diesel engines with counter-rotating free pistons and buffer chambers according to patent application P 36 27 184.5, claim 1, characterized in that the clamping body ( 32 ) of the freewheel shafts ( 30 ) in the holes of the gears ( 31 ) between the wedges lying in several grooves (A) and (B) are arranged without play and with slow and reverse running of the gears ( 31 ) by the centrifugal force of the inner wedges (B) are weakly pressed against the freewheel shafts ( 30 ), so that the thin, high and against in synchronism the radial position of the slightly inclined clamping body with narrow clamping surfaces and two lateral contact edges with a play-free cross-section drive the freewheel shafts without impact due to the tipping effect with high clamping forces. 2. Zweitakt-Dieselmotoren mit gegenläufigen Freikolben und Puffer­ kammern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die breiten Zahnräder (31) nur auf dem für den Kolbenhub erforder­ lichen Teil des Umfanges mit einer Pfeilverzahnung und mit einem Ausgleichsgewicht ausgeführt sind, damit bei einfacher und leichter Bauart die Zahnräder einen axialen Druckausgleich und einen niedrigen Massendruck haben.2. Two-stroke diesel engines with counter-rotating free pistons and buffer chambers according to claim 1, characterized in that the wide gears ( 31 ) are carried out only on the part of the circumference required for the piston stroke with an arrow toothing and with a counterweight, so that simple and light design the gears have an axial pressure equalization and a low mass pressure. 3. Zweitakt-Dieselmotoren mit gegenläufigen Freikolben und Puffer­ kammern nach Patentanmeldung P 36 27 184.5, Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Motorwelle durch Zahnriemen- Antriebe (39) mit einer Freilaufwelle (30) und mit dem Umkehr- Zahnrad (38) der anderen Freilaufwelle verbunden ist, damit die Bauart und die Kraftübertragung einfacher und der Reibungs­ verlust kleiner ist als bei Stirnrädern.3. Two-stroke diesel engines with counter-rotating free pistons and buffer chambers according to patent application P 36 27 184.5, claim 1, characterized in that the motor shaft by toothed belt drives ( 39 ) with a freewheel shaft ( 30 ) and with the reversing gear ( 38 ) the other freewheel shaft is connected so that the design and power transmission is easier and the friction loss is smaller than with spur gears.
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