DE617737C - Freiflugkolbenmaschine mit Kraftzylinder, insbesondere Verbrennungskraftmaschinenzylinder, und Verdichtungszylinder - Google Patents

Freiflugkolbenmaschine mit Kraftzylinder, insbesondere Verbrennungskraftmaschinenzylinder, und Verdichtungszylinder

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DE617737C
DE617737C DES98911D DES0098911D DE617737C DE 617737 C DE617737 C DE 617737C DE S98911 D DES98911 D DE S98911D DE S0098911 D DES0098911 D DE S0098911D DE 617737 C DE617737 C DE 617737C
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DE
Germany
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compressor
cylinder
pressure
control
piston
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DES98911D
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M SIEKIERSKI DIPL ING
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M SIEKIERSKI DIPL ING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/06Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output
    • F02C5/08Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output the gas generator being of the free-piston type

Description

  • Freiflugkolbenmaschine mit Kraftzylinder, insbesondere Verbrennungskraftmaschinenzylinder, und Verdichtungszylinder Die Erfindung betrifft eine Freiflugkolbenmaschine mit einem Kraftzylinder, insbesondere einem Verbrennungskraftmaschinenzylinder, und einem Verdichtungszylinder.
  • Der Erfindung gemäß wird das Einlaßorgan des Kraftzylinders durch den im Verdichtcrzylinder herrschenden Druck, gesteuert. Zu diesem Zweck ist eine von den Verdichterzylindern zu den Einlaßorganen des Kraftzylinders führende Steuerleitung vorgesehen und in diese ein durch den Druck im Verdichter verschiebbares Glied, z. B. ein Kolben, eingeschaltet. Dadurch werden die erheblichen Mängel der bekannten Freiflugkolben beseitigt, bei denen das Einlaßventil ein selbsttätig gesteuertes Ventil ist. Derartige Ventile haben den Nachteil, daß sie beim Ansaugen einen sehr schlechten volumetrischen Wirkungsgrad ergeben, daß sie starke Neigung zum Hängenbleiben zeigen, daß sie einer stetigen _Nacharbeit und sorgfältigster Bedienung bedürfen und daß die vom Kraftzylinder angesaugte Luft- oder Gemischmenge stark veränderlich ist.
  • Außer dem Einlaßorgan wird zweckmäßig auch in bei solchen Maschinen an sich bekannter Weise das Auslaßorgan des Kraftzylinders, d. h. also durch den im Verdichter herrschenden Druck, gesteuert. Beim Anlassen der Maschine ergeben sich, besonders für die Steuerung des Einlaßventils, Schwierigkeiten, wenn dieses von dem im Verdichter herrschenden Druck gesteuert wird. Beim Anlassen fehlt dann nämlich zunächst der für diese Steuerungsart notwendige Gegendruck im Verdichter. Um trotzdem auch beim Anlassender Maschine den Kraftzylinder in Abhängigkeit von dem Druck im V erdichterzylinder, also so wie beim normalen Arbeiten der Maschine, steuern zu können, wird der Erfindung gemäß hinter dem Einläßorgan des Verdichters ein Drosselelement angeordnet, dessen Steuerung von Hand oder selbsttätig durch den zwischen ihm und dem Verdichterauslaßorgan herrschenden Druck erfolgt.
  • Für die Steuerung des Einlaßorgans in Abhängigkeit von dem im Verdichter herrschenden.Druck ist für den praktischen Betrieb auch wesentlich, erhebliche Schwankungen in der Kompression zu vermeiden, die Kompression also derart zu regeln, daß sie stets gleichmäßig verläuft. Steigt z. B. der Druck in dem vom Verdichter gespeisten Aufnehmer wegen Abnahme des Bedarfs an komprimiertem Gas aus dem Aufnehmer, so würde die Kompression im Verdichter, d. h. also deren Verlauf bzw. der Druck in den einzelnen Phasen der Kompression, sich ändern. Das hätte aber eine Änderung der Steuerung des Kraftzylinders und damit eine ungünstige Rückwirkung auf diesen zur Folge. Um solche ' Rückwirkungen, d. h. also vor allem Schwankungen im Arbeiten der Kraftmaschine, zu vermeiden, trotz Schwankungen der Entnahme des komprimierten Gases aus dem Aufnehmer, wird der Erfindung gemäß in den Verdichterzylinder eine Abblaseöffnung mit einem Regelorgan vorgesehen, dessen Öffnen durch den Druck im Aufnehmer erfolgt, so daß z. B. ein Steigen des das Einlaßorgan steuernden Verdichterdruckes durch mehr oder weniger starkes Abblasen verhütet. wird.
  • Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen--tandes.
  • Die Maschine besteht aus einem an beiden Enden mit Deckeln h bzw. l verschlossenen Zylinder mit einem in diesem frei hin und her beweglichen Kolben j. Dieser teilt den Zylinder in zwei Räume, nämlich in den linken Raum d, der die Kraftmaschine darstellt, und in den rechten Raum a, der den Verdichter bildet. Die Kräftmaschine d ist mit einem Einlaßventil b und einem Auslaßventil c versehen, während der Verdichter a mit einem selbstgesteuerten Auslaßventil in und einem Einlaßventil ml ausgerüstet ist. Durch die Arbeitsvorgänge in dem Kraftzylinder d wird der Kolben j nach rechts geschleudert. Dabei verdichtet er das vor ihm befindliche Gas und schiebt dieses nach Erreichen des gewünschten Verdichtungsdruckes durch das Ventil m heraus in einen Aufnahmebehälter. Ein vor dem Kolben im Verdichter bleibendes verdichtetes Gasvolumen dient als Luftkissen, das den Kolben j zurückschleudert in den Kraftzylinder d.
  • Beim dargestellten Beispiel ist .die Kraft-Maschine eine Verbrennungskraftmaschine. Der Arbeitsgang ist hier im einzelnen folgender: Es sei bei der Verfolgung des Arbeitsspiels eines Kolbenhinundherganges mit der Stellung I bzw. Punkt r, d. h. mit einer Stellung begonnen, die der Kolben j bei seinem nach links gerichteten Hub- nicht alizuweit vor der linken Totpunktlage einnimmt. In dieser Stellung ist der vor dem Kolben-, d. h. also der vor der linken Kolbenstirnseite,. befindliche Zvlinderinhalt auf den Druck l komprimiert. Die hierzu erforderliche Arbeit gibt der Kolben j ab aus -der ihm innewohnenden, bei Beginn seines nach links gerichteten Hubes erteilten kinetischen Energie (vgl. weiter unten). Kurz vor der linken.Totpunktlage, also etwa in der Stellung II bzw. im Punkt 2, setzt die Zündung des Luft-Gas-Gemisches ein, worauf dann in der bei Explosions- oder Verpuffungsmaschinen üblichen Weise der Druck sehr stark und plötzlich bis zum Punkt 3 ansteigt. Dadurch wird der Kolben nach rechts gestoßen unter Expansion des hinter .dem Kolben befindlichen Gasgemisches. Die Expansion verläuft nach der Linie q. und dauert bis zum Punkte 5. Auf der anderen, also auf der rechten Kolbenstirnseite (Kompressorseite), wird das vorher angesaugte zu komprimierende Mittel, z. B. Luft, bei der Bewegung aus der linken Totpunktlage nach rechts komprimiert, und zwar wegen der dem Kolben uurch den Explosionsdruck 3 erteilten kinetischen Energie auch noch nach Absinken des Druckes auf der linken Kolbenseite unter den Druck auf der rechten Kolbenkompressorseite. In dem Punkt 5 des Verbrennungskraftmaschinendiagramms, der der StellungIII des linken Kolbenstirnendes entspricht, ist der Druck auf der Kompressorseite, der nach der Kurve 6 verläuft, bereits bis zum Punkte 5a gestiegen, entsprechend der Stellung IIIa der rechten Kolbenseite.
  • In dieser Stellung, d. h. also in der StellungIII bzw.IIIa, ist der Druck im Kompressor so weit angewachsen, daß er die Steuerkolben e am rechten Kompressorende verschiebt und .dadurch über die Steuerleitungen f das Auspuffventil c und das Ansaugventil b des Verbrennungskraftmaschinenzylinders öffnet, so daß bei dem Punkt 5 der Druck fast augenblicklich bis etwa zum Atmosphärendruck abfällt und auf etwa dieser Höhe bis zum Hubende, d. h.. bis zum Punkte 7, verbleibt. Während dieser Periode tritt das verbrannte Gasgemisch aus dem Auspuffventil aus, während gleichzeitig ein frisches Luft-Gas-Gemisch durch das Einlaßventil nachströmt.
  • Bevor das Hubende erreicht ist, hat der Druck in der Stellung IVa, @d. h. im Punkt 7a, auf der Kompressorseite so weit zugenommen, daß das Ausströmventil m des Kompressors aufgestoßen und die komprimierte Luft also bei der Weiterbewegung des Kolbens ohne Druckanstieg ausgeschoben wird. Die Ausschubperiode erstreckt sich bis zum Punkte 8a, d. h. bis zu der Stellung Va der rechten Kolbenstirnseite, an welcher der Kolben den Auslaß k zum Ventil m abdeckt, der restliche Inhalt des Kompressorzylinder"s also nicht mehr ausgeschoben werden kann. Von dieser Stellung wird bis zur rechten Kolbentotpunktlage, d. h. also bis zur Stellung VIa (Punkt 9a) der restliche Kompressorinhalt komprimiert. Dabei wirkt dieser als Puffer und nimmt die restliche kinetische Energie des Kolbens j auf; so daß der Kolben nicht bis an den Kompressorzylinderdeckel l heranstoßen oder diesen möglicherweise sogar herausschlagen kann. In der rechten Tot- Punktlage VIa hat der Kolben seine gesamte kinetische Energie an den Kompressorzylinderinhalt abgegeben. Von jetzt ab treibt die komprimierte Luft den Kolben nach links, gibt also an ihn die kinetische Energie wieder ab.
  • Beim Überschreiten der Stellung Va sinkt der Druck der Luft im Kompressor unter den Kompressionsdruck 7a bzw. 8a ab, bis er schließlich unter den Atmosphärendruck sinkt und das Ansaugventil ati sich öffnet, so daß bei der Weiterbewegung des Kolbens nach links Luft von außen angesaugt wird. Beim Ansaugen auf der Kompressorseite werden die restlichen Verbrennungsgase auf der linken Kolbenseite ausgeschoben. Das Auspuffventil c wird nämlich durch eine besondere Servoeinrichtung auch dann noch offen gehalten, wenn der Druck auf der Kompressorseite unter denjenigen Druck gesunken ist, der zum Verschieben des Steuerkolbens e, d. h. also zum Öffnen des Auslaßventils c, erforderlich ist. Erst in der Stellung VII des linken Kolbenstirnendes, d. h. also im Punkt 8 des Verbrennungskraftmaschinendiagramms, ist die Ausschubperiode beendet, und es beginnt die Kompression des frischen Luft-Gas-Gemisches im Motorzylinder. In der Stellung VII hat nämlich der Kolben das Auspuffventil c abgedeckt. Bei der Kompression wird dann der Punkt z erreicht, und das Spiel beginnt von neuem.
  • Zum Anlassen ist ein besonderes Anlaßventil it vorgesehen, das z. B. an einen Preßluftbehälter angeschlossen ist. Nachdem der Kolben in .die linke Totpunktlage gebracht worden ist, wird das Ventil n von Hand geöffnet, so daß die Preßluft einströmt und den Kolben nach rechts schiebt. Sobald der Arbeitskolben einen Steuerkolben o bei seiner Rechtsbewegung freigibt, wird dieser durch den hinter dem Kolben herrschenden Druck verschoben, und dadurch wird das Anlaßventil n geschlossen. Von da ab spielt sich dann im Prinzip die Arbeitsweise genau so wie bei dem normalen Gang der Maschine ab.
  • Der Verdichter a ist außer mit einem Ein-und Auslaßventil auch noch mit zwei Regelorganen p und r ausgerüstet. Das Regelorgan p ist in die vom Auslaßventil m zum Aufnehmer führende Ausschubleitung eingeschaltet. Es besteht bei dem dargestellten Beispiel aus einem kolbenartigen Ventil, das, sobald der Druck im Aufnehmer, z. B. wegen starker Entnahme des komprimierten Gases aus dem Aufnehmer, unter den normalen Aufnehmerdruck sinkt, die Ausschubleitung zu dem Aufnehmer mehr oder weniger drosselt. Es wird dann nämlich durch den Druck im Verdichter, der durch eine Leitung f hinter das Ventil p geleitet wird, entsprechend verschoben (in der Zeichnung nach oben). Der Grad der Drosselung nimmt ab mit dem Wiederwachsen des Druckes im Aufnehmer. Sobald dieser die Normalhöhe erreicht hat, gibt das Ventil p den Weg in den Aufnehmer wieder vollkommen frei.
  • Das zweite Regelorgan r besteht aus einem Ventilteller r1, .der mit einem Kolben r2 verbunden ist. Der Teller r1 steuert eine Abblaseöffnung s in dem Verdichterzylinder a. Der im Verdichter herrschende Druck kann durch eine Umleitung f hinter den Kolben r2 gelangen. Wenn nun z. B. der Druck in dem Verdichter über den Normaldruck, wegen kleiner Abnahme des komprimierten Gases aus dem Aufnehmer, steigt, so wird durch den stärkeren Druck der Kolben r2 nach links verschoben, dadurch der Ventilteller r1 mehr oder weniger geöffnet, so daß ein Teil des im Verdichter a komprimierten Gases nach außen abströmt, so lange, bis sich wieder der Normaldruck im Aufnehmer einstellt.
  • Das Regelorgan r bewirkt auch indirekt eine Leistungsregelung der Kraftmaschine, weil die Leistung von dem Arbeiten des Ein-und Auslaßventils abhängt und .die Ein- und Auslaßventile von dem im Verdichter herrschenden Druck gesteuert werden. Schwankungen in -der vom Kraftzylinder geleisteten Arbeit haben nämlich Druckschwankungen im Verdichter zur Folge. Auf .diese Druckschwankungen spricht in der erläuterten Weise das Regelorgan r an, derart, daß der Verlauf der Kompression im Verdichter zeitlich verschoben wird, was sich wieder auf die Verschiebung in bezug auf den Kolbenweg derjenigen Kolbenstellungen auswirkt, bei denen die Steuerung des Ein- und Auslaßorgans des Kraftzylinders eingeleitet werden. Es kann also durch Beeinflussung. des Druckes im Verdichterzylinder wegen der von diesem abhängigen Steuerung der Kraftmaschine deren Leistung geregelt werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE. r. Freiflugkolbenmaschine mit Kraftzylinder, insbesondere Verbrennungskraftmaschinenzylinder, und Verdichtungszylinder, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung des Einlaßorgans (b) des Kraftzylinders durch den im Verdichterzylinder (a) herrschenden Druck eine von dem Verdichterzylinder (a) zu dem Steuerorgan (b) des Kraftzylinders führende Steuerleitung (f) vorgesehen ist, in die ein durch den Druck im Verdichter verschiebbares Glied (e), z. B. Kolben, eingeschaltet ist. z. Anwendung der Einlaßsteuerung nach Anspruch z auf Maschinen, bei denen in bekannter Weise die Auslaßsteuerung in Abhängigkeit von dem im Verdichter herrschenden Druck erfolgt. 3. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzeugung des. für die Steuerung des Einlaßventils notwendigen Gegendruckes im Verdichter (a) beim Anlaufen der Maschine hinter dem Auslaßorgan (m) des Verdichters ein Drosseleleinent (p) angeordnet ist, dessen Steuerung von Hand oder selbsttätig durch den zwischen ihm und dem Verdichterauslaßorgan (iia) herrschenden Druck erfolgt. q.. Freiflugkolbenmaschine nach Anspruch i und 2; dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Überschreitung des für die Steuerung des Einlaßventils notwendigen Verdichterdruckes eine Abblaseöffnung (s) mit einem Regelorgan (r) vorgesehen ist, dessen Öffnen durch den Druck im Aufnehmer erfolgt.
DES98911D 1930-05-27 1931-05-27 Freiflugkolbenmaschine mit Kraftzylinder, insbesondere Verbrennungskraftmaschinenzylinder, und Verdichtungszylinder Expired DE617737C (de)

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DES98911D Expired DE617737C (de) 1930-05-27 1931-05-27 Freiflugkolbenmaschine mit Kraftzylinder, insbesondere Verbrennungskraftmaschinenzylinder, und Verdichtungszylinder

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DE (1) DE617737C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1021205B (de) * 1953-04-30 1957-12-19 Schmidt Paul Freiflugkolbenverdichter als Drucklufterzeuger fuer eine Luftturbine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1021205B (de) * 1953-04-30 1957-12-19 Schmidt Paul Freiflugkolbenverdichter als Drucklufterzeuger fuer eine Luftturbine

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