DE390461C

DE390461C - Four-stroke explosion engine with two pistons moving in the same cylinder

Info

Publication number: DE390461C
Application number: DER54428D
Authority: DE
Original assignee: E RUMPLER DR ING
Current assignee: E RUMPLER DR ING
Priority date: 1918-07-18
Filing date: 1918-07-18
Publication date: 1924-02-19

Description

Viertaktexplosionskraftmaschine mit zwei in demselben Zylinder sich bewegenden Kolben. Die Erfindung betrifft eine Viertaktexplosionskraftmaschine reit zwei in demselben Z-_:-linder angeordneten Kolben.Four-stroke explosion engine with two in the same cylinder each other moving piston. The invention relates to a four-stroke explosion engine riding two in the same Z -_: - linder arranged pistons.

Bei den bisherigen Maschinen dieser, Art erfolgte die Bewegung der beiden Kolben gegeneinander symmetrisch und phasengleich, ,d. h. beide Kolben ,erreichten im selben Augenblick ihre Totpunktlage. Ferner war nur der eine .der beiden Kolben ein Arbetskolben, während ,der andere einen Hilfskolben darstellt, Ader angetrieben wurde, also keine Nutzarbeit abgibt. Die Steuerung des Gemisches erfolgte hierbei regelmäßig .durch besondere Steuerorgane.In the previous machines of this type, the movement took place the two pistons are symmetrical and in phase with each other, d. H. both pistons, reached at the same moment their dead center position. Furthermore, there was only one of the two pistons one working piston, while the other represents an auxiliary piston, core driven so does not give any useful work. The mixture was controlled here regularly. by special control bodies.

Die Erfindung besteht nun darin, @daß sich der eine Kölben mit der halben Hubzahl des anderen bewegt und diesem voraneilt, ,hierbei beide Kolben Nutzarbeit abgeben und gleichzeitig durch Schlitze und selbsttätige Ventile zum mindesten in einem Kolben in Verbindung mit Schlitzen im Zvlinder die Steuerung erfolgt.The invention consists in @ that the one flask with the moves half the number of strokes of the other and rushes ahead of it, with both pistons useful work and at the same time through slots and automatic valves at least in The control takes place via a piston in connection with slots in the cylinder.

Hierdurch wird erreicht, ;daß trotz Arbeitsabgabe durch beide Kolben eine Steuerung ohne Zuhilfenahme besonderer, von einer der angetriebenen Wellen bewegten Steuerorgane ermöglicht ist, ausschließlich ;durch Anbringvng entsprechender Schlitze im Zylinder und von Offnungen und selbsttätigen Ventilen in clen Kolben.This achieves that despite the work being done by both pistons a control without the help of special, one of the driven shafts moving control organs is enabled, exclusively; by attaching appropriate Slits in the cylinder and of openings and automatic valves in the piston.

Auf der Zeichnung zeigt ein @usführ.ungsbeispiel die Erfindung in einer Weise, aus der sofort der Arbeitsgang einer Maschine mit der neuen Kolbenanordnung erkannt werden kann.In the drawing, an example shows the invention in a way that immediately starts the operation of a machine with the new piston assembly can be recognized.

In sämtlichen Abbildungen ist z eine Hauptkurbelwelle, welche durch eine Pleuelstange 2 mit dem Hauptkolben 3 verbunden ist. Dieser Hauptkolben läuft in einen Gegenkolben mit der zylindrischen Wand 9a, welche als Führungsbahn des Hauptkolbens an der Innenseite wirkt und diesen in fast allen seinen Stellungen vollständig umschließt, jedenfalls aber so weit, daß eine sichere Führung ,des Hauptkolbens g.#!-x v, iihrleistet ist. 9 ist der Abschlußboden des Gegenkolbens, in dem ein Einlaßventil io gelagert ist, und an dem außen eine Pleuelstange zur Verbindung mit der Gegenkurbelwelle 6 ai:-gelenkt ist. Die Welle i ist m-it einem Getrieberad d. und die `Zelle (i mit einem Getrieberad 7 verbunden, und diese beiden Räder stehen .durch einen Riemen, eine Kette 5a o. dgl. in geeigneter Verbindung. Natürlich können diese Räder auch irgendwie durch ; Zwischenräder oder sogar unmittelbar in Eingriff miteinanrdergebracht sein. Besonders zweckmäßig ist es, wenn eine. Übersetzung zwischen Haupt-und Gegenkurbel im Verhältnis i : z gewählt wird, so daß der Hauptkolben ,die doppelte Hubzahl wie der Gegenkolben besitzt. Zur Ausführung .der vorliegenden Erfindung ist dies aber nicht unbedingt erforderlich. In den Wandungen 9,1 des Geg; nkolbens sind Auspuffschlitze 13 angeordnet, und ebenso sind im Zylinder 15 die Mündungen 14 der Auspuffrohre 16 angebracht. Es ist klar, daß in bestimmten Stellungen der Zylinderwandungen 9a die Schlitze 13 durch die Zylinderwand 15 abgedeckt sind, während in 'bestiinrnten anderen Stellungen die Schlitze 13 mit .den Schlitzen 14 in gleicher Höhe sind und dadurch eine Verbindung aus dein Innenraum des Zylinders 9 uni den Auspuffrohreil geschaffen ist.In all of the figures, z is a main crankshaft which is connected to the main piston 3 by a connecting rod 2. This main piston runs into an opposing piston with the cylindrical wall 9a, which acts as a guide track for the main piston on the inside and completely surrounds it in almost all of its positions, but at least so far that a safe guide, the main piston g. #! - xv, is accomplished. 9 is the end base of the opposing piston, in which an inlet valve io is mounted and on which a connecting rod for connection to the opposing crankshaft 6 ai: is articulated on the outside. The shaft i is with a gear wheel d. and the cell (i connected to a gear wheel 7, and these two wheels are in a suitable connection by a belt, a chain 5a or the like. It is particularly useful if a gear ratio is selected between the main and counter cranks in the ratio i: z so that the main piston has twice the number of strokes as the counter piston Exhaust slots 13 are arranged in walls 9, 1 of the counter-piston, and the openings 14 of the exhaust pipes 16 are also provided in the cylinder 15. It is clear that in certain positions of the cylinder walls 9a the slots 13 are covered by the cylinder wall 15, while in FIG 'In other positions, the slots 13 and the slots 14 are at the same height and thus a connection from the interior of the cylinder rs 9 uni the exhaust pipe part is created.

Ersichtlich ist innerhalb Jes Gegenkolbens, begrenzt durch die Wände 9 und 9a einerseits und dein Boden des Kolbens 3 anderseits, ein Raum geschaffen, der ausschließlich als Arbeitsraum wirkt.It can be seen inside the opposing piston, delimited by the walls 9 and 9a on the one hand and your bottom of the piston 3 on the other hand, created a space, which acts exclusively as a work space.

Eine Anordnung gemäß der Erfindung wirkt folgenderweise: Bei der Anfangsstellung (Abb. i) befindet sich der Kolben 3 in seiner oberen Totlage, während der Kolben 9 seine untere Totlage bereits überschritten hat und also voreilt, wobei die beiden Kolbenböden einander nahezu berühren, so ,daß nur ein sehr kleiner schädlicher Raum zwischen ihnen freibleibt. Beien nächsten Takt erreicht der Kolben 3 seine untere Totlage, während der Kolben 9 weit über .die Hälfte seines Hubes nach oben zurückgelegt hat (Abb. 3). Während dieser Bewegung wird das Gemisch angesaugt. Das Ansaugen wird auch noch ein wenig über die Lage der Abb. 3 hinaus fortgesetzt, da sich der Kolben 9 weiter nach oben bewegt, während der Kolben 3 sich in der Nähe seiner unteren Totlage befindet und sich daher anfänglich langsam zurückbewegt. Abb, a zeigt eine Zwischenstellung. Das Ansaugen beginnt also, ohne daß ein nennenswerter schädlicher Pumpenraum vorhanden ist, und der angesaugte Rauminhalt ist gleich dem vollen vom Kolben 3 beschriebenen Rauminhalt zuzüglich etwas mehr als der Hälfte .des vom Kolben 9 beschriebenen Rauminhaltes.An arrangement according to the invention operates as follows: At the initial position (Fig. I) the piston 3 is in its upper dead position, while the piston 9 has already exceeded its bottom dead center and is therefore leading, with the two Piston heads almost touch each other so that only a very small harmful space remains free between them. At the next stroke the piston 3 reaches its lower one Dead position, while the piston 9 covered well over half of its stroke upwards has (Fig. 3). During this movement, the mixture is sucked in. The suction will also continued a little beyond the position in Fig. 3, since the piston 9 continues to move upwards, while the piston 3 is near its lower Dead position is and is therefore initially slowly moved back. Fig, a shows a Intermediate position. So the suction begins without any significant harmful effects Pump room is available, and the volume sucked in is equal to the full of Piston 3 described volume plus a little more than half of the piston 9 described volume.

Bei der nachfolgenden Verdichtung (Abb. d. tuld 5) bewegt sich der Kolben 9 in dzr Nähe seines oberen Totpunktes zunächst nach oben und dann nach unten, während der Kolben 3 seinen ganzen Aufwärtshub durchläuft. Am Ende,des Verdichtungshubes (Abb. 5) befindet sich der Hauptkolben in seiner oberen Totlage uns der Gegenkolben nahe derselben, und der Abstand der beiden Kolbenböden ist nahezu gleich dem vollen Hub des Kolbens 9 (Abb. 5).During the subsequent compression (Fig. D. Tuld 5) the moves Piston 9 in the vicinity of its top dead center first up and then down, while the piston 3 makes its entire upward stroke. At the end of the compression stroke (Fig. 5) the main piston is in its upper dead position and the opposing piston close to it, and the distance between the two piston heads is almost equal to the full one Stroke of piston 9 (Fig. 5).

Im nächsten Takt, vor dessen Beginn die Zündung erfolgt, legt der Kolben 9 die Hälfte seines Hubes und der Kolben 3 seinen vollen Hub von oben nach unten zurück (Abb.6 und 7). Als Entspannungsraum steht somit der volle vom Kolben 3 beschriebene Rat@minhalt abzüglich etwas weniger als die Hälfte des vom Kolben 9 beschriebenen Rauminhaltes zur Verfügung.In the next cycle, before the start of which the ignition takes place, the Piston 9 half its stroke and piston 3 its full stroke from above back below (Fig. 6 and 7). The full volume of the piston is therefore available as a relaxation space 3 minus a little less than half that of the piston 9 available.

Der Auspufftakt beginnt in der in Abb. 7 dargestellten Lage :der beiden Kolben. Hierbei vollendet zunächst der Kolben 9 seinen Hub nach unten, während der Kolben 3 aus der unteren Totpunktlage sich nach oben zu drehen beginnt.. Der Auspuffschlitz 13 beginnt sich mit dem Auspuffschlitz 14 im Zylinder 15 zu überdecken, so daß die Auspuffgase aus dem Raum zwischen den beiden Kolben nach außen treten können, ohne daß dieselben einer besen-.deren Steuerung mittels Ventilen, Steuerwellen usw. des Auspuffes bedürfen würden.The exhaust stroke begins in the position shown in Fig. 7: the two Pistons. Here, the piston 9 first completes its downward stroke, during the Piston 3 begins to rotate upwards from the bottom dead center position. The exhaust port 13 begins to overlap with the exhaust port 14 in the cylinder 15, so that the Exhaust gases from the space between the two pistons can escape to the outside without that the same a broom-.deren control by means of valves, control shafts, etc. of the Would require exhaust.

Äbb. 8 zeigt ungefähr eine Mittellage der beiden Kolben, in der :der Kolben 9 sich im unteren Totpunkt befindet, während sich der Kolben 3 ungefähr in der Mitte seines Aufwärtsganges befindet und die Schlitze 13, 14 einander immer noch überdecken.Fig. 8 shows approximately a central position of the two pistons in which: the Piston 9 is at bottom dead center, while piston 3 is approximately in the middle of its upward gear is and the slots 13, 14 always one another still cover.

Beim Übergang der beiden Kolben aus der Stellung gemäß Abb. 8 in ;die Stellung gemäß Abb. i, währenddessen der Auspufftakt vollendet wird, wenden die Auspuffschlitze 13 im Kolben 9 durch den Kolben 3 allmählich geschlossen und damit der Auspuff beendet, worauf sich nunmehr .das beschriebene Spiel des Ansaugens usw. wiederum anschließen kann.When the two pistons move from the position shown in Fig. 8 to; the Turn the position according to Fig. I, during which the exhaust cycle is completed Exhaust slots 13 in the piston 9 gradually closed by the piston 3 and thus the exhaust ends, whereupon the game of suction described, etc. in turn can connect.

Wird der Zylinder 15, wie in den Abb. i bis 8 im Schnitt dargestellt, oben vollständig geschlossen, so kann an einer beliebigen Stelle des Raumes, welcher die Kurbel 6 enthält, oberhalb der höchsten Stellung des Kolbens 9 eine ungesteuerte Öffnung angebracht werden, durch welche das von einem beliebigen Vergaser gelieferte Gasluftgeimsch in diesen geschlossenen Raum gelangt.If the cylinder 15, as shown in sections i to 8, completely closed at the top, it can be anywhere in the room, which the crank 6 contains, above the highest position of the piston 9, an uncontrolled one Opening can be made through which the supplied by any carburetor Gasluftgeimsch reaches this closed space.

Wird nun außerdem im Kolben 9 ein Ventil io angebracht, das sich selbsttätig entgegen der Kraft einer Feder während des Saughubes (Abb. 2) öffnet, so wird, da beim Auseinanderlaufen der Kolben 9, 3 im Arbeitsraum ein Unterdruck entsteht, Idas . Gasluftgemisch mit Atmosphärenspannung in den Arbeitsraum eingeführt.If a valve io is now also installed in the piston 9, which valve is automatically contrary to the The force of a spring opens during the suction stroke (Fig. 2), so, when the pistons 9, 3 diverge, there is a negative pressure in the working space arises, Idas. Gas-air mixture introduced into the working area with atmospheric tension.

Zar weiteren Erläuterung des Arbeitsvorganges dient das schematische Diagramm nach Abb. i i, in weichem .die den Abbildungen i bis 8 entsprechenden Stellen mit I bis VIII bezeichnet sind. Hieraus ist zu entnehmen, daß das Ansaugen ohne schädlichen Pumpenraum vor sich geht, und daß der Saugraum größer ist als der Entspannungsraum. Es wird also ein großer Rauminhalt an frischer Ladung mit sehr gutem volumetrischen Wirkungsgrad angesaugt. Diese Ladurtk ist weder durch beigemischte verbrannte Gase chemisch, noch durch deren Wärmeinhalt thermisch in ihrem Werte heruntergesetzt. Es läßt sich also höhere Verdichtung anwenden als bei solchen Maschinen, bei denen keine vollständige Austreibung der Rückstände erfolgt, und auch eine höhere Verdichtung als bei solchen Maschinen, bei denen die vollständige Austr--ibung der Rückstände auf dem Wege der Spülung vorgenommen wird und folglich mit einem schädlichen Übersehüß von Verbrennungsluft gearbeitet werden muß. Allen diesen günstigen Umständen entspricht ein hoher mittlerer Kolbendruck und folglich auch eine sehr hohe erreichbare Drehzahl, was beides günstig auf das Verhältnis von Leistung zu Gewicht einwirkt.The schematic is used to further explain the work process Diagram according to fig. I i, in which the places corresponding to figures i to 8 are designated by I to VIII. From this it can be seen that the suction without harmful pump chamber is going on, and that the suction chamber is larger than the expansion chamber. So there will be a large volume of fresh cargo with very good volumetric capacity Efficiency sucked in. This Ladurtk is neither due to admixed burned gases chemically, nor thermally reduced in their values due to their heat content. So higher compression can be used than with machines where no complete expulsion of the residues takes place, and also a higher compression than with machines that require complete evacuation of the residues is carried out on the way of flushing and consequently with a harmful overshoot must be worked by combustion air. Corresponds to all these favorable circumstances a high mean piston pressure and consequently a very high achievable speed, both of which have a positive effect on the performance-to-weight ratio.

Ein besonderer Vorzug ,der beschriebenen Maschine ist darin zu erblicken, daß außer der Hauptkurbelwelle i, die mit der ,hohen für die Maschinenleistung maßgebenden Umlaufzahl arbeitet, auch eine mit der halben Umlaufzahl arbeitenden Gegenkurbelwelle 6 zur Verfügung steht, an welche zweckmäßig solche Arbeitsentnahmeglieder angeschlossen werden, für welche eine niedrigere Umlaufzahl erwünscht ist; z. B. empfiehlt es sich bei Flugzeugen die Triebschraube 17 unmittelbar auf die Gegenkurbelwelle 6 zu setzen (Abb. 9).A particular advantage of the machine described can be seen in that apart from the main crankshaft i, the one with the, high decisive for the machine performance The number of revolutions works, including a counter-crankshaft working with half the number of revolutions 6 is available to which such work removal members are expediently connected for which a lower number of revolutions is desired; z. B. recommends it In aircraft, the drive screw 17 is directly on the counter crankshaft 6 to be set (Fig. 9).

.Noch zweckmäßiger ist es, die Triebschraube auf der Zwischenwelle, nämlich der Welle des Zwischenrades 5, -anzuordnen (Abb. io) oder gemäß Abb. 12 das Zwischenrad 5 festzuhalten und die Zylinder samt den Kolben, den Gegenkolben, den beiden Kurbelwellen und einer zentrisch durch das Schraubenrad gehenden Welle 18 umlaufen zu lassen. Dabei ergibt sich ein guter mechanischer Wirkungsgrad für die Untersetzung ,der Bewegung von der Hauptkurbelwelle auf die Entnahmewelle und willkürliche Wahl des Untersetzungsverhältnisses.It is even more useful to place the drive screw on the intermediate shaft namely the shaft of the intermediate gear 5, to be arranged (Fig. io) or according to Fig. 12 to hold the intermediate gear 5 and the cylinder including the piston, the opposed piston, the two crankshafts and a shaft passing centrally through the helical gear 18 to run around. This results in a good mechanical efficiency for the reduction, the movement from the main crankshaft to the take-off shaft and arbitrary choice of reduction ratio.

Die Zuführung des Gemisches erfolgt durch einen hohlen Drehzapfen i9, :der in der bei Umlaufmotoren bekannten Weise auch die Kühlwasserzuleitung, die Kiihlwasserableitung, die Schm.ierölzuleitung, die Schmierölableitung und 1i° Zündleitungen einschließt. Der Magnetapparat 2o und die Wasserpumpe 21 sind zweckmäßig in der Umgebung des Zapfens i9 feststehend angeordnet und werden durch Zahnräder angetrieben.The mixture is fed through a hollow pivot pin i9,: in the manner known from rotary engines, also the cooling water supply line, the cooling water discharge, the lubricating oil supply, the lubricating oil discharge and 1 ° Includes ignition leads. The magnet apparatus 2o and the water pump 21 are useful fixed in the vicinity of the pin i9 and are driven by gears driven.

Einerseits für ,das Getriebe ,der Hauptkurbelwelle i, der Hauptkolben 3 und der Pleuelstange 2, anderseits für das Getriebe der Gegenkurbeh olle 6, der Gegenkolben 9 und den Pleuelstangen 8 läßt sich eine besondere Schwierigkeit nach bekannten Regeln, sofern die endliche Länge der Pleuelstangen zunächst außer Betracht bleibt, genauer Massenausgleich durchführen, falls mindestens vier Zylinder in einer Reihe hintereinander angeordnet sind. Ist dies .durchgeführt, so kann auch noch dafür gesorgt werden, daß die Umlaufachse eine durch .den Massenmittelpunkt der umlaufenden Massen hindurchgehende Hauptträgheitachse ist. Sind alle diese Voraussetzungen erfüllt, so ergibt sich, zumal die Umlaufzahl der Zylinder wesentlich kleiner gehalten wenden kann als die Drehzahl der Hauptkurbelwelle (beispielsweise kann man eine Untersetzung r : 3 wählen), eine verhältnismäßig ruhig laufende Maschine. Die Beseitigung der noch nicht berücksichtigten Erschütterungskräfte zweiter und höherer Ordnung kann späteren Verbesserungen vorbehalten bleiben.On the one hand for, the gearbox, the main crankshaft i, the main piston 3 and the connecting rod 2, on the other hand for the transmission of the Gegenkurbeh olle 6, the Opposing piston 9 and the connecting rods 8 can be a particular difficulty known rules, provided that the finite length of the connecting rods is initially disregarded remains, carry out more precise mass balancing, if at least four cylinders in one Row are arranged one behind the other. Once this has been done, it can also it must be ensured that the axis of rotation is through .the center of mass of the rotating masses passing through the main axis of inertia. Are all of these requirements fulfilled, so it results, especially since the number of revolutions of the cylinders is kept much smaller than the speed of the main crankshaft (for example, you can use a Select reduction ratio r: 3), a relatively smoothly running machine. The elimination of the second and higher order vibratory forces that have not yet been taken into account May be reserved for later improvements.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Four-stroke explosion engine with two in the same Cylinder moving piston, characterized in that there is a piston with half the number of strokes of the other and rushes ahead of it, both pistons useful work release, and through slots and automatic valves at least in a piston in connection with slots in the cylinder the control is carried out.

2. Four-stroke engine according to claim i, characterized in that the one moving at half the number of strokes Opposite piston in a cylinder made of light metal (aluminum alloy) directly and the main piston through the cylindrical wall of the iron opposed piston if possible is guided over the entire length of its stroke, so that the slide for .the opposing piston through its wall from direct contact with the hot combustion gases is protected.