DE569040C

DE569040C - Compressed air internal combustion engine with variable filling level

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Publication number: DE569040C
Application number: DER81186D
Authority: DE
Original assignee: EDMUND RUPP
Current assignee: EDMUND RUPP
Priority date: 1931-03-29
Filing date: 1931-03-29
Publication date: 1933-01-30

Description

Druckluftbrennkraftmaschine mit veränderlichem Füllungsgrad Bei raschlaufenden Explosionsmotoren mit innerer Gemischbildung wird in vielen Fällen während der Gemischaufbereitung eine intensive Luftströmung angestrebt zu dem Zwecke, während der sehr kurzen Dauer der Brennstoffeinspritzung eine homogene Durchmischung der Ladung zu ermöglichen, um auch eine hiervon abhängige, rasch erfolgende verpuffungsartige Verbrennung zu erzielen, wie sie bei hohen U mlaufszahlen erforderlich ist.Compressed air internal combustion engine with variable degree of filling Explosion engines with internal mixture formation is in many cases during the mixture preparation an intense air flow aimed for the purpose during the very short duration to enable the fuel injection to mix the charge homogeneously, in order to also allow for a rapidly occurring deflagration-like combustion which is dependent on this achieve as it is required at high numbers of revolutions.

Es sind einerseits Ausführungen bekannt, bei denen die Verbrennungsräume zweier benachbarter Zylinder durch einen engen Kanal miteinander verbunden sind und bei entsprechender Kolbennacheilung die gesamte verdichtete Luftladung kurz vor dem hinteren Hubende in den benachbarten Zylinder unter Beimischung des Brennstoffes übergeschoben wird, worauf dann das Gemisch nach erfolgter Entzündung beim Rückgange der Kolben in beiden Zylindern expandiert.On the one hand, designs are known in which the combustion chambers two adjacent cylinders are connected by a narrow channel and with a corresponding piston lag, the entire compressed air charge for a short time before the rear end of the stroke in the adjacent cylinder with the addition of fuel is pushed over, whereupon the mixture after ignition has taken place when declining the piston expands in both cylinders.

Andererseits ist bei bekannten Druckluftbrennkraftmaschinen jedem Arbeitszylinder ein besonderer Luftpumpenzylinder zugeordnet, welcher während der Gemischaufbereitung die gesamte Luftmenge unter Beimischung des Brennstoffes in den Arbeitszylinder fördert. Im ersten Falle ist eine Unterteilung des gesamten Arbeitsraumes in zwei Zylinderräume notwendig. Im zweiten Falle wird durch Hinzukommen des Druckluftzylinders die Anzahl der Zylinder verdoppelt. In beiden Fällen ist infolge der geringen Kurbelversetzung (durch die Nacheilung des zweiten Kolbens bedingt) ein zweites Kurbelgetriebe notwendig und auch infolge der Verdoppelung der Zylinderanzahl eine größere Anzahl von Steuerorganen notwendig. Die Vorteile einer erhöhten Leistung pro Gewichtseinheit, die somit durch den Schnellauf erzielt werden, sind in genannten Fällen durch das weitere Hinzukommen von Konstruktionsteilen und den komplizierten Aufbau des Motors hinfällig geworden.On the other hand, in known compressed air internal combustion engines, everyone Working cylinder assigned a special air pump cylinder, which during the Mixture preparation the entire amount of air with the addition of fuel in promotes the working cylinder. In the first case it is a subdivision of the whole Working space in two cylinder spaces is necessary. In the second case, by adding of the air cylinder doubles the number of cylinders. In both cases it is as a result of the small crank displacement (due to the lag of the second piston conditional) a second crank gear is necessary and also due to the doubling The number of cylinders requires a larger number of control units. The advantages an increased performance per unit of weight, which is thus achieved through high-speed operation are due to the addition of structural parts in the named cases and the complicated structure of the engine has become obsolete.

Das Neuartige der hier beschriebenen Brennkraftmaschine liegt in ihrer Arbeitsweise. Es findet dabei ein gegenseitiger Austausch der hochverdichteten Ladeluft in den benachbarten Arbeitszylindern statt, welcher, durch ein gesteuertes Ü'berströmv entil reguliert, nur nach einer Richtung stattfindet, während das Rückströmen der verbrennenden Gase durch frühzeitiges Schließen des Ventils verhindert wird. Beim Passieren des an einem Ende als Düse ausgebildeten L'berströmv entils wird die gesamte Verbrennungsluft in äußerst rasche Bewegung versetzt und ermöglicht durch das scharfe Zusammentreffen mit dem Brennstoff und nachfolgende Zirkulation eine vollkommene homogene Gemischbildung. Dabei finden die einzelnen Vorgänge des Arbeitsspieles (sowohl die Verdichtung der Verbrennungsluft als auch die Expansion der Arbeitsladung) nacheinander in jedem einzelnen Zylinder selbst statt. Bei geeigneter Gruppierung der Arbeitszylinder zueinander ergibt sich diese Arbeitsweise mit der für den Schnellauf günstigen Gemischaufbereitung, ohne daß hierdurch eine Unterteilung der Arbeitsräume oder das Hinzukommen von besonderen Kompressorzylindem bedingt wäre, wodurch der gesamte Aufbau der Maschine bedeutend vereinfacht wird. Ein weiterer Vorteil, der besonders bei Fahrzeugmotoren zur Geltung kommt, besteht darin, daß der Motor bei Teilbelastung mit nur teilweiser Luftladung arbeiten kann und die überströmende Verbrennungsluft beim Durchfluß durch die enge Düse trotzdem die normale Strömungsgeschwindigkeit und die zur Entzündung notwendige Endtemperatur beibehält.The novelty of the internal combustion engine described here lies in its Way of working. There is a mutual exchange of the highly compressed charge air in the neighboring working cylinders, which, by a controlled overflow entil regulated, takes place only in one direction, while the return flow of the burning gases is prevented by closing the valve early. At the Passing the valve designed as a nozzle at one end L'berströmv is the entire Combustion air is set in extremely rapid motion and made possible by the sharp Meeting with the fuel and subsequent circulation a perfect one homogeneous mixture formation. This is where the individual processes of the work cycle are found (both the compression of the combustion air and the expansion of the working charge) one after the other in each individual cylinder itself. With suitable grouping the working cylinder to each other results in this mode of operation with that for high-speed operation favorable mixture preparation, without a subdivision of the work areas or the addition of special compressor cylinders would be required, whereby the entire structure of the machine is significantly simplified. Another The advantage that is particularly evident in vehicle engines is that the engine can work with only a partial air charge under partial load and the Overflowing combustion air when flowing through the narrow nozzle is still normal Maintains flow velocity and the final temperature necessary for ignition.

Beim Aufbau des Motors können, die Zylindergruppierung betreffend, verschiedene Ausführungsarten gewählt werden; so die einreihig sternförmige Zylinderanordnung als auch die doppelreihig, dabei gestaffelte Zylindergruppierung. In dem hier zugrunde liegenden Beispiel ist eine kreisförmige, jedoch achsparallele Zylinderanordnung mit gegenläufigen Kolben gewählt.When designing the engine, the cylinder grouping can be different types of execution can be selected; so the single-row star-shaped cylinder arrangement as well as the double-row, staggered cylinder grouping. In this one is based example is a circular, but axially parallel cylinder arrangement selected with opposing pistons.

Abb. i zeigt in einem Querschnitt die Zylinderanordnung mit Steuerorganen und Brennstoffventilen.Fig. I shows a cross section of the cylinder arrangement with control members and fuel valves.

Abb. 2 zeigt nach der Schnittlinie A-F der Abb. i zwei benachbarte Zylinder im Längsschnitt, wobei in der Mitte das Überströmventil dargestellt ist.Fig. 2 shows two adjacent ones after the section line A-F of Fig. I Cylinder in longitudinal section, with the overflow valve shown in the middle.

Abb. 3 zeigt in einem Schema zunächst die Anordnung der gegenläufigen Kolben zum gemeinsamen Taumelkurbelgetriebe; auch ist daraus zu ersehen, in welcher Weise die gemeinsame Regelung der Ventile bewerkstelligt werden kann.Fig. 3 initially shows the arrangement of the opposite directions in a scheme Pistons to the common wobble crank mechanism; it can also be seen in which Way the common regulation of the valves can be accomplished.

In Abb.4 sind bei verschiedenen Kolbenstellungen und Überströmzeitpunkten die erzielten Kompressionsverhältnisse bei 5z1/2° Kolbenvoreilung dargestellt.Fig. 4 shows different piston positions and overflow times the compression ratios achieved with 5z1 / 2 ° piston advance are shown.

Bei dieser Ausführung des Motors ist ein Verbrennungsraum im üblichen Sinne nicht vorhanden. Er bildet sich erst bei Rückwärtsbewegung des Kolbens. Somit wird der ganze Zylinderkörpers vom Kolben durchlaufen, und es ist bei den Ventilen und Verbindungskanälen darauf zu achten, daß schädliche Räume möglichst vermieden werden. Der den Verbrennungsraum bildende Teil des Arbeitszylinders 5 ist verjüngt, um die wärmeabführenden Wandungsflächen von 6 und 7 zu verkleinern. Zugleich bietet diese Verjüngung der Zylinder bei der kreisförmigen Zylindergruppierung gewisse Vorteile, die Ventile auf beschränktem Raume unterzubringen und die Verbindungskanäle möglichst kurz zu halten. Der verjüngte Teil 6 und 7 des Zylinders, in dem sich das Gemisch bildet, hat eine äußerst einfache, regelmäßige Form, so daß sich die Drehwirbelung möglichst reibungslos vollzieht.In this version of the engine, a combustion chamber is common Sense does not exist. It only forms when the piston moves backwards. Consequently the whole cylinder body is traversed by the piston, and it is with the valves and connecting channels to ensure that harmful spaces are avoided as much as possible will. The part of the working cylinder 5 which forms the combustion chamber is tapered, to reduce the heat-dissipating wall surfaces of 6 and 7. At the same time offers this tapering of the cylinders in the case of the circular cylinder grouping is certain Advantages of accommodating the valves in a limited space and the connecting channels to keep it as short as possible. The tapered part 6 and 7 of the cylinder in which the mixture forms has an extremely simple, regular shape, so that the Whirling takes place as smoothly as possible.

Die Luftzuführung wird durch ein Doppelventil io und ii gesteuert. Die Luft strömt über zwei Kanäle 17 und 18 zu dem Doppelzylinder 5. Die Kanäle münden in den erweiterten Zylinderräumen aus, so daß diese während der Gemischbildung und Einleitung der Verbrennung durch den Stufenkolben 4 von dem Explosionsgemisch abgeschlossen sind.The air supply is controlled by a double valve io and ii. The air flows through two channels 17 and 18 to the double cylinder 5. The channels open in the expanded cylinder chambers, so that these during the mixture formation and Initiation of the combustion through the stepped piston 4 completed by the explosive mixture are.

Das Überströmorgan ist, wie Abb. 2 zeigt, als Ventilkegel 2o ausgebildet und erhält durch seine Abstufung zwei verschieden große konische Dichtungsflächen. In geschlossenem Zustande werden die verbindenden Kanäle durch den dazwischenliegenden;, genau zylindrisch geschliffenen Teil des Ventils 2o gegeneinander abgeschlossen, während in geöffnetem Zustande die kleine, untere Konusfläche in den Bereich der Überströmkanäle geschoben wird und durch die sich bildende Ringspalte den Zuströmkanal mit der feinen Ausströmdüse verbindet. Das Düsenstück ist ganz aus Stahl gearbeitet und jeweils zwischen zwei Zylindern in dem unteren Gußkörper 6 befestigt. Durch eingelegte Dichtungsringe ist das Düsenstück gegen die Gußkörper 6 und 7 abgedichtet. Der Ventilstöpsel 22 ist durch eine starke Feder belastet. An dem unteren Teil des Ventilschaftes 2o ist ein schwenkbares Zwischenstück angegliedert, das die Hubbewegungen des in radialer Richtung verschiebbaren Rollenhebels 23 auf den Ventilkegel 2o überträgt. Der Steuersteller 26 hat einen breiten Nockenrücken, über dessen ganze Breite sich beim Regulieren die Rolle des Hebels 23 bewegen kann und damit den Überströmzeitpunkt ändert. Die Nockenerhöhung ist an der Innenseite in der Bewegungsrichtung breiter bemessen als an der äußeren Peripherie des Steuerstellers 26. Wird der Drehpunkt 24 des Rollenhebels 23 durch Drehung der Gewindespindel 25 in die äußere Stellung gebracht, so wird das Überströmventil zu einem späteren Zeitpunkt geöffnet, und die Überströmzeit ist entsprechend kürzer bemessen. Die Steuer-Bewegungen werden durch einen gemeinsamen Kegelradantrieb 27 und 28 auf die anderen Stößel 2o übertragen. Das Kegelrad 27 ist lose drehbar auf dem Steuersteller 26 gelagert und bewirkt durch Drehung des Kegelrades 28 auch die Bewegung der übrigen Steuerspindeln 25. Auf diese Weise wird der Überströmzeitpunkt reguliert. Die Öffnungszeiten des Einströmventils ii werden bei Teilbelastungen durch eine ähnlich ausgeführte Steuerung in zusätzlicher Weise geregelt. Beide Steuerungen sind durch Übertragungsgestänge und Kegelradantrieb 29 miteinander verbunden, so daß bei Teilbelastungen die Luftmenge reduziert wird und gleichzeitig mit der verminderten Brennstoffzuführung auch die Verzögerung des Überströmzeitpunktes, somit die Änderung des Kompressionsverhältnisses geregelt wird.As Fig. 2 shows, the overflow element is designed as a valve cone 2o and due to its gradation it has two differently sized conical sealing surfaces. In the closed state, the connecting channels through the intermediate ;, exactly cylindrical ground part of the valve 2o closed against each other, while in the open state the small, lower conical surface in the area of the Overflow channels is pushed and the inflow channel through the annular gap that forms connects to the fine outlet nozzle. The nozzle piece is made entirely of steel and each fastened between two cylinders in the lower cast body 6. By inserted sealing rings, the nozzle piece is sealed against the cast bodies 6 and 7. The valve plug 22 is loaded by a strong spring. On the lower part of the Valve stem 2o is attached to a pivotable intermediate piece that controls the lifting movements of the roller lever 23, which is displaceable in the radial direction, transfers to the valve cone 2o. The control plate 26 has a wide cam back, over the entire width of which when regulating the role of the lever 23 can move and thus the overflow time changes. The cam elevation is wider on the inside in the direction of movement dimensioned as on the outer periphery of the control actuator 26. Will be the fulcrum 24 of the roller lever 23 by rotating the threaded spindle 25 into the outer position brought, the overflow valve is opened at a later point in time, and the overflow time is correspondingly shorter. The tax movements will be transmitted by a common bevel gear drive 27 and 28 to the other tappets 2o. The bevel gear 27 is loosely rotatably mounted on the control plate 26 and is effected by Rotation of the bevel gear 28 also controls the movement of the remaining control spindles 25. On this The overflow time is regulated accordingly. The opening times of the inlet valve ii are in the case of partial loads by a similarly executed control in additional Way regulated. Both controls are through transmission linkage and bevel gear drive 29 connected to each other, so that the amount of air is reduced under partial loads and at the same time with the reduced fuel supply also the delay of the Overflow time, thus regulating the change in the compression ratio will.

Die Brennstoffdüse ist so angeordnet, daß der eingespritzte Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit auf den heißen Luftstrahl auftrifft, sich dabei fein zerstäubt und durch das scharfe Zusammentreffen entzündet. Durch die gleichzeitige regelmäßige Zuführung von Luft und Brennstoff vollzieht sich die Gemischaufbereitung unter andauernder Zuteilung und nachlialtiger Durchmischung von Luft und Brennstoff in einer äußerst kurzen Zeitspanne. Die Arbeitsgemischladung nimmt hierbei stetig zu, und die Verbrennung wird in allen ihren Funktionen während aller ihrer Phasen vollkommen beherrscht und läßt sich sehr leicht regeln.The fuel nozzle is arranged so that the injected fuel hits the hot air jet at high speed, finely atomizing itself in the process and through the sharp Encounter ignites. Due to the simultaneous The mixture preparation takes place on a regular basis with air and fuel being supplied with continuous allocation and subsequent mixing of air and fuel in an extremely short period of time. The working mixture charge increases steadily too, and combustion will in all of its functions during all of its phases completely mastered and can be regulated very easily.

Die Anwendung dieser Art der Gemischaufbereitung ermöglicht insbesondere bei ölverbrennungsmotoren, die zum Antrieb von Fahrzeugen dienen, eine den stark wechselnden Kräftebeanspruchungen entsprechend günstige Regulierung des Verbrennungsvorganges in ihren weitesten Grenzen, so daß sich der Betrieb des Fahrzeugmotors, der den weitaus größten Teil nur mit Teilbelastung arbeitet, durch die zwangsläufig bewirkte Gemischaufbereitung ökonomisch und betriebssicher gestaltet und auch in weitgehendstem Maße den verschiedenen Brennstoffarten angepaßt werden kann.The use of this type of mixture preparation enables in particular in the case of oil combustion engines that are used to drive vehicles, one of the strong favorable regulation of the combustion process corresponding to changing forces within their widest limits, so that the operation of the vehicle engine, the by far the largest part only works with partial load, which inevitably caused Mixture preparation designed to be economical and operationally reliable and also to the greatest possible extent Dimensions can be adapted to the different types of fuel.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Multi-cylinder compressed air combustion engine, thereby -that the introduced into a working cylinder and compressed in this Combustion air at the end of the compression stroke through a finitely built-in overflow nozzle, controlled flow valve is let into the adjacent working cylinder, in which, appropriately matched to the overflow quantity, the fuel is introduced so that it is highly heated with the flowing in in a closed, sharp jet Compressed air - a homogeneous, ignitable mixture forms, which after initiated Inflammation dissipates and expands during the subsequent work stroke, whereupon, when the stroke changes, the combustion gases are expelled by flushing and charge air will.

2. Compressed air internal combustion engine according to claim i with a circular cylinder arrangement, characterized in that in each case a certain number of working cylinders is grouped and the pistons are driven by a common transmission so that on the one hand always during the Lberströmens the combustion air to the introduction The final compression pressure required for combustion is achieved, on the other hand the compressed Air flows in uninterrupted sequence into the next cylinder.

3. Compressed air internal combustion engine according to claims i and 2, characterized in that with a reduced charge the cylinder the controllably controlled overflow element with combustion air at a later point in time than with normal load is opened, so that the overflowing combustion air when flowing through the narrow nozzle the normal flow rate, velocity and final temperature maintains. 4 .. Compressed air internal combustion engine according to claim i, 2 and 3, characterized in that that the part of the working cylinder forming the combustion chamber is known per se Way is tapered in order to reduce the heat-dissipating wall surfaces, valves and nozzles to accommodate limited space and the harmful space by shortest To keep connecting channels as small as possible.