DE439350C

DE439350C - Internal combustion engine with opposing pistons

Info

Publication number: DE439350C
Application number: DEC35048D
Authority: DE
Original assignee: HINRICH CORDES
Current assignee: HINRICH CORDES
Priority date: 1924-06-27
Filing date: 1924-06-27
Publication date: 1927-01-11

Description

Verbrennungskraftmaschine mit gegenläufigen Kolben. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vurbrennungskraftmaschine mit gegenläufigen Kolben, von denen der eine die doppelte Hubzahl des anderen besitzt und deren Hubräume sich überschneiden.Internal combustion engine with pistons rotating in opposite directions. The invention refers to a pre-internal combustion engine with counter-rotating pistons, one of which one has twice the number of strokes of the other and their displacements overlap.

Die bisher bekannten Maschinen dieser Art haben bedeutende Energieverluste. Diese ,nistehen. weil der Ansaugeraum im Zylinder größer ist als der Expansionsraum, dadurch, daß die verbrannten Gase sich nur unvollkommen ausdehnen und daher mit hoher Endspannung und starkem Auspuffgeräusch ins Freie treten, sowie dadurch, daß die angesaugte frische Luft mit den heißen Rückständen der Vorperiode vermischt wird, wodurch die Temperatur des ganzen Prozesses höher wird und der Verdichtungsraum größer sein muß als bei reiner, kühler Ladung.The previously known machines of this type have significant energy losses. These, nest. because the intake space in the cylinder is larger than the expansion space, in that the burned gases expand only imperfectly and therefore with high end tension and strong exhaust noise, as well as by the fact that the sucked in fresh air with the hot residues the previous period is mixed, which increases the temperature of the whole process and the compression chamber must be larger than with pure, cool cargo.

Bei den bekannten Maschinen leistet außerdem beim Expansionshub nur der eine Kolben Nutzarbeit, während der andere sich dem Explosionsdruck entgegen bewegt.In the known machines, the expansion stroke also only performs one piston is useful work, while the other counteracts the pressure of the explosion emotional.

Demgegenüber besteht die neue Erfindung darin, daß die Kolben bei der Expansion gegenläufig sind und an ihrem Ende hvide Kolben in ihrem äußeren Totpunkt stehen, während am Ende der Einsaugperiode der eine Kolben im äußeren Totpunkt und der andere Kolben im inneren Totpunkt steht.In contrast, the new invention is that the piston at the expansion are in the opposite direction and at their end hvide pistons are in their outer dead center stand, while at the end of the intake period one piston is in outer dead center and the other piston is in the inner dead center.

Eine weitere Erfindung besteht darin, daß die mit halber Umdrehungszahl laufende Kurbel bei Stellung der Kolben in den genannten Totpunktlagen um einen geringen Winkel vor- oder nacheilt.Another invention is that with half the speed running crank when the pistons are in the aforementioned dead center positions by one leads or lags a small angle.

Neu ist auch, daß der eine der beiden bei der Expansion gegenläufigen Kolben durch den Boden eines frei schwingenden Zylinders gebildet wird, dessen Ein- und Aüslaßöffnung durch Gleiten des Zylinders auf einem feststehenden Sc'hieberspiegel gesteuert wird.What is also new is that one of the two moves in opposite directions during expansion Piston is formed by the bottom of a freely oscillating cylinder, the inlet of which and outlet opening by sliding the cylinder on a fixed slide mirror is controlled.

Hauptzweck des zweiten Kolbens ist beim Erfindungsgegenstand die Ermöglichung einer weitgehenden Expansion in kürzester Zeit und damit Einschränkung der Erhitzung der Zylinder und höchstmögliche Ausnutzung -des Brennstoffes.The main purpose of the second piston in the subject matter of the invention is to enable extensive expansion in a very short time and thus limitation of the heating the cylinder and the highest possible utilization of the fuel.

Die Erfindung läßt sich in verschiedener Weise ausführen. Sie ist in der Zeichnung beispielsweise in einer Ausführungsform veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i in vier Stellungen eine schematische Darstellung der Kolbenlagen bei Anwendung zweier gegenläufiger Kolben.The invention can be carried out in various ways. she is illustrated in the drawing for example in one embodiment, namely Fig. i shows a schematic representation of the piston positions in four positions Use of two opposing pistons.

Abb.2 zeigt das Kolbendiagramm mit den Zugehörigen Kolbenlagen.Fig. 2 shows the piston diagram with the associated piston positions.

Abb.3 zeigt eine andere Ausführung der Maschine schematisch in vier Kolbenstellungen mit schematischer Darstellung der Steuerungsöffnungen.Fig.3 shows another embodiment of the machine schematically in four Piston positions with a schematic representation of the control openings.

Aus Abb. i ist ersichtlich, daß im Zylinder a zwei gegenläufige Kolben b, b1 angeordnet sind, die mittels der Pleuelstangen c, c, unmittelbar auf die zugehörigen Kurbelwellen d, d1 arbeiten. Die Kurbelwellen d, dl besitzen verschiedene Umdrehungszahlen, und zwar 'im Verhältnis von 7-:1, und sind durch Übersetzungsmittel, beispielsweise Kettenverbindung e, verbunden. Durch diese zwangläufige Kupplung wird erreicht, daß auf eine Umdrehung der Welle d eine halbe Umdrehung der Welle d1 kommt. Die beiden Kolbenhübe können gleich oder verschieden sein.From Fig. I it can be seen that two opposing pistons b, b1 are arranged in the cylinder a , which by means of the connecting rods c, c, work directly on the associated crankshafts d, d1. The crankshafts d, dl have different speeds, namely 'in a ratio of 7-: 1, and are connected by transmission means, for example chain connection e. This positive coupling ensures that for one revolution of shaft d there is half a revolution of shaft d1. The two piston strokes can be the same or different.

In Abb.2 ist das Zusammenarbeiten der beiden Kolben in einem Kolbendiagramm veranschaulicht. In diesem Diagramm sind die Wege der beiden Kurbeln auf der Abszisse und die entsprechenden Kolbenstellungen auf der Ordinate abgetragen. Man sieht, daß durch diese Anordnung sich die Hubräume der beiden Kolben, was auch aus der schematischen Darstellung nach Abb. i ersichtlich ist, überschneiden, d. h. die Kolbenwege beider Kolben liegen teilweise ineinander. Aus d--m Diagramm sowie auch aus den Abbildungen ist ersichtlich, daß die Kurbel dl in bezug auf ihre symmetrische Stellung zu Kurbeld etwas voreilt. Eine solche Vor- oder Nacheilung erscheint im Diagramm -(Abb.2) als Phasenverschiebung der wellenförmigen Kolbenbahnen. Am Ende der Auspuffperiode ist dadurch die Kolbenba,!hn bi sehr nahe an Kolbenbahn b herangeschoben; -die beiden Kolben kommen also sehr nahe zusammen, so daß die Verbrennungsrückstände fast gänzlich entfernt werden. Andererseits bleibt am Ende der Verdichtung ein Raum für das verdichtete Gemisch. Ohne Phasenverschiebung wäre der Raum am Ende der Ausströmung gleich dem Verdichtungsraum wie bei gewöhnlichen Motoren, die Abgase würden also nicht nahezu restlos aus dem Zylinder entfernt werden. Am Ende der Kompression laufen annähernd 25° vor der inneren Totpunktstellung der Kurbel d beide Kolben eine kurze Zeit mit annähernd gleicher Geschwindigkeit in derselben Richtung. Der Verbrennungsraum wird dadurch länger in konstanter Größe gehalten, als es in gewöhnlichen Maschinen bei gleicher Umdrehungszahl der Fall ist, so daß den Gasen Zeit gegeben ist, bei annähernd gleichbleibenden Volumen zu verbrennen. Dieser Umstand macht die Maschine besonders für hohe Umdrehungszahlen geeignet. Die Expansion des entzündeten Gemisches erfolgt während einer halben Umdrehung der Kurbelwelle d. Die Gase expandieren hier also während eines Kolbenhubes .auf ein mehr als doppelt so großes Volumen als bei anderen Maschinen. Bis zu der bisher üblichen Ausdehnung ist also etwa nur die Hälfte der Zeit erforderlich. Das bedeutet eine Verminderung der während der Ausdehnung an die Wandflächen abgegebenen Wärme, welche der Zeit der Einwirkung der heißen Gase auf die umgebenden Flächen proportional ist. Da die heißen Gasrückstände, wie aus dem Diagramm ersichtlich, fast vollständig entfernt werden, so herrscht während des Ansaugens fast Außentemperatur im Zylinder. Die Folge davon äst eine- bessere Ansaugung und eine geringere Anfangs-und damit auch Endtemperatur der Verdichtung. Außerdem kann der Verdichtungsraum etwas kleiner gehalten werden wegen des geringeren Volumens der weniger heißen Füllung und weil der Teil dieses Raumes, der sonst von Rückständen eingenommen wird, fortfällt. Die hierdurch erzielte Ersparnis an wärmeverzehrender Fläche wirkt wiederum günstig auf den Wirkungsgrad ein.In Fig.2 the cooperation of the two pistons is shown in a piston diagram illustrated. In this diagram, the paths of the two cranks are on the abscissa and the corresponding piston positions are plotted on the ordinate. One sees, that by this arrangement, the displacements of the two pistons, which is also from the schematic representation according to Fig. i can be seen, overlap, d. H. the The piston paths of both pistons partially overlap. From the d - m diagram as well from the figures it can be seen that the crank dl with respect to its symmetrical Position slightly ahead of crank. Such a lead or lag appears in the Diagram - (Fig.2) as a phase shift of the wave-shaped piston paths. At the end During the exhaust period, the piston ba,! hn bi is pushed very close to the piston path b; -the two pistons come very close together, so that the combustion residues almost entirely removed. On the other hand, a space remains at the end of the compression for the compressed mixture. Without a phase shift, the space would be at the end of the outflow same as the compression chamber as in ordinary engines, so the exhaust gases would cannot be removed almost completely from the cylinder. Run at the end of the compression approximately 25 ° before the inner dead center position of the crank d both pistons a short Time at approximately the same speed in the same direction. The combustion chamber is thus kept at a constant size longer than it is in ordinary machines is the case at the same number of revolutions, so that the gases are given time at burn approximately constant volume. This fact makes the machine particularly suitable for high speeds. The expansion of the ignited mixture takes place during half a revolution of the crankshaft d. The gases expand here so during a piston stroke. to a volume that is more than twice as large as for other machines. So up to the usual expansion is only about half the time required. This means a decrease in the amount of energy during the expansion heat given off to the wall surfaces, which is the time of the action of the hot Gases is proportional to the surrounding areas. Since the hot gas residue, like can be seen from the diagram, almost completely removed, so prevails during the suction almost outside temperature in the cylinder. The result is a better one Suction and a lower start and thus also end temperature of the compression. In addition, the compression space can be kept a little smaller because of the smaller Volume of the less hot filling and because of the part of this space that otherwise is ingested by residues. The savings achieved as a result Heat-absorbing surface in turn has a favorable effect on the efficiency.

Bei der in Abb.3 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der eine Kolben durch den Boden f eines frei schwingenden Zylinders g gebildet, der unmittelbar mittels der Stangen lt mit der Kurbel dl verbunden ist. Der Kolben b ist mittels der Pleuelstange c mit der Kurbel d verbunden. Die beiden Kurbeln haben die gleiche Drehrichtung.In the embodiment of the invention shown schematically in Figure 3 one piston is formed by the bottom f of a freely oscillating cylinder g, which is directly connected to the crank dl by means of the rods lt. The piston b is connected to crank d by means of connecting rod c. The two cranks have the same direction of rotation.

Die Steuerung des Ein- -und Auslasses erfolgt unmittelbar durch eine Zylinderöffnung i, die vor einer mit Schlitzöffnungen k, k1 versehenen Gleitfläche arbeitet. Der Zylinder selbst ist an seinem offenen Ende mittels seitlicher Zapfen t geradlinig in einer Gleitbahn m geführt. Auch hier sind beide Wellen d, dl zwangläufig miteinander gekuppelt, so daß auf eine Umdrehung der Welle d eine halbe Umdrehung der Welle dl kommt.The inlet and outlet are controlled directly by a Cylinder opening i, which is in front of a sliding surface provided with slot openings k, k1 is working. The cylinder itself is at its open end by means of side pins t guided in a straight line in a slideway m. Here, too, both waves d, dl are inevitable coupled together, so that for one revolution of the shaft d half a revolution the wave dl comes.

Die vier Stellungen der beiden Kurbeln sind in Abb. 3 veranschaulicht.The four positions of the two cranks are shown in Fig. 3.

Stellung I ist kurz vor Beendigung des Auspuffes, Stellung II zeigt Kolben und Zylinder am Ende des Einsaugens, in Stellung Ill tritt die Zündung ein, und d?e Expansion bat begönnen, die in Stellung IV beendet ist.Position I is shortly before the end of the exhaust, position II shows Piston and cylinder at the end of suction, in position III the ignition occurs, and begin the expansion bat, which is finished in position IV.

Auch für diese Ausführung trifft das Diagramm nach Abb. 2 zu.The diagram in Fig. 2 also applies to this version.

Wenn die Kurbeld auf dem inneren Totpunkt steht (Stellung I), so steht die Kurbel dl ungefähr 9o° zum Totpunkt oder eilt aus dieser Stellung etwas vor. Durch diese Voreilung ergibt sich die Möglichkeit, Zylinder und Kolbenboden am Schluß des Auspuffes, nachdem die Kurbel d den inneren Totpunkt um etwa 25° überschritten 'hat, so nahe zusammenzuführen, wie es die Rücksicht auf die Sicherheit der Maschine zuläßt. Auf diese Weise werden die Abgase nahezu vollständig entfernt, so daß der Zylinder am Ende des Ansaugehubes mit reiner Ladung gefüllt ist.When the crank is at the inner dead center (position I), it is the crank dl about 90 ° to the dead center or rushes forward a little from this position. This lead gives the possibility of the cylinder and piston crown at the end of the exhaust after the crank d exceeded the inner dead center by about 25 ° 'has to merge as closely as there is consideration for the safety of the machine allows. In this way, the exhaust gases are almost completely removed, so that the Cylinder is filled with pure charge at the end of the intake stroke.

Die Steuerung entspricht ungefähr dem ventillosen Zweitaktmotor, indem die Ein- und Auslaßöffnung i in ellipsenähnlicher Bahn vor einer Gleitbahn bewegt und gegen diese abgedichtet ist, was beispielsweise durch ein kurzes, mit Kolbenringen versehenes Rohr geschehen kann. - Die öffnung i gleitet während des Auspuffs über den in der Gleitbahn befindlichen Schlitz k, an den sich das Auspuffrohr anschließt, so daß die verbrannten Gase ungehindert auf geradem Wege entweichen können. Während des Einsaugens greift die Zylinderöffnung i über den Schlitz k1, an den die Gemischleitung angeschlossen ist. Nachdem die öffnungi die Aus- und Einlaßschlitze passiert hat, werden diese durch eine am Zylinder befindliche Gleitplatte, die in der Zeichnung nicht veranschaulicht ist, abgeschlossen.The control corresponds roughly to the valveless two-stroke engine by the inlet and outlet opening i moved in an ellipse-like path in front of a slideway and is sealed against it, for example by a short one with piston rings provided pipe can be done. - The opening i slides over during the exhaust the slot k in the slideway to which the exhaust pipe is connected, so that the burnt gases can escape unhindered in a straight line. While During the intake process, the cylinder opening i engages via the slot k1 to which the mixture line is attached connected. After the opening has passed the outlet and inlet slots, are these by a sliding plate located on the cylinder, which is shown in the drawing not illustrated is complete.

Ein weiterer Vorteil ist der, daß während des Arbeitshubes die verlängerte Zylinderachse nicht durch die Welle d hindurchgeht (s. Stellung 11I), sondern daß sie sich mehr dem Kurbelzapfen nähert. Die Folge davon ist ein geringerer Seitendruck des Kolbens auf die Zylinderwand.Another advantage is that the extended stroke during the working stroke The cylinder axis does not pass through the shaft d (see position 11I), but that it is closer to the crank pin. The consequence of this is less pressure on the side of the piston on the cylinder wall.

Claims

1'ATENTANSruüc-iiE: i. Internal combustion engine with counter-rotating Pistons, one of which has twice the number of strokes of the other and their displacements overlap, characterized in that the pistons rotate in opposite directions during expansion are and at their end both pistons (b, b1) are in their outer dead center, while at the end of the intake period, one piston (b) is at outer dead center and the other Piston (b1) is in the inner dead center.

2. Internal combustion engine according to claim z, characterized in that the crank (dl) running at half the speed in the positions mentioned in claim i of the piston by a small angle or lagging.

3. Internal combustion engine according to claim i and 2, characterized in that that one of the two pistons rotating in opposite directions during expansion passes through the base (f) a freely oscillating cylinder (g) is formed, the inlet and outlet openings of which (i) Controlled by sliding the cylinder on a fixed slide mirror will.