DE768105C

DE768105C - Air-cooled double-acting piston internal combustion engine

Info

Publication number: DE768105C
Application number: DEJ64214D
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dipl-Ing Hryniszak; Max Adolf Dipl-Ing Mueller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1939-03-30
Filing date: 1939-03-30
Publication date: 1955-11-03

Description

Luftgekühlte doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage, insbesondere für Fahrzeuge, welche einen als Kolbenbrennkraftmaschine ausgebildeten Hochdruckteil und einen als zusätzliche Entspannungsmaschine ausgebildeten Niederdruckteil sowie einen Luftverdichter umfaßt, wobei ein Teil der verdichteten Luft zur Spülung und Rufladung der Brennkraftmaschine dient und der Spül- und Ladeluftstrom ständig strömt, und zwar während es Verdichtungs- und Arbeitshubes des Kolbens durch einen vom Brennraum des Zylinders getrennten Zylinderteil und während des übrigen Teils des Arbeitsspieles entweder ganz durch den Brennraum oder zum Teil durch den Brennraum, zum anderen Teil am Brennraum vorbei, nach Patent 768 043.Air-cooled double-acting reciprocating internal combustion engine The invention relates to an air-cooled double-acting piston internal combustion engine for implementation a method for operating a power generation system, in particular for vehicles, which is designed as a piston engine and a high pressure part designed as an additional expansion machine and an air compressor comprises, wherein a part of the compressed air for purging and Rufladen the internal combustion engine serves and the scavenging and charge air flow flows continuously, while there is compression and working stroke of the piston by a separate from the combustion chamber of the cylinder Cylinder part and either completely through during the remaining part of the work cycle the combustion chamber or partly through the combustion chamber, partly past the combustion chamber, according to patent 768 043.

Doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere solche, die nach dem Zweitaktverfahren arbeiten, waren bisher durch niedrige Betriebsdrehzahlen gekennzeichnet. Dadurch konnte die Wärmebeanspruchung der den heißen Brenngasen ganz besonders ausgesetzten Kolbenstange und ihrer Führungsteile in mäßigen Grenzen gehalten werden. Es war jedoch notwendig, die Kolbenstange und ihreFührungsteile durch ein meist tropfbares Kühlmittel, wie z. B. Wasser, zu kühlen. Die zu diesem Zweck in Verwendung tretenden Kühlanlagen zeichnen sich durch einen verwickelten Aufbau und ein großes Gewicht aus, sind daher nur bei Maschinen mit geringen Drehzahlen zu verwenden. In Anbetracht der geringen Betriebsdrehzahlen ist die durch Kühlung der Kolbenstange und ihrer Führungsteile verlorengehende Wärme nur gering, so daß man auf eine Verwertung dieser Wärme verzichten konnte, worauf man übrigens auch auf Grund der Schwierigkeiten bei Verwertung dieser Wärme bei bisherigen Kolbenbrennkraftmaschinen verzichten mußte. Ganz anders sind die Betriebsbedingungen bei doppelt wirkenden Kolbenbrennkraftmaschinen zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage nach dem Hauptpatent, insbesondere bei solchen, die nach dem Zweitaktverfahren arbeiten. Diese Kolbenbrennkraftmaschinen sollen mit Drehzahlen, die ein Vielfaches der bisher üblichen Drehzahlen betragen, betrieben werden. Sowohl die Kolbenstange als auch ihre Führungsteile müssen bei derart hohen Betriebsdrehzahlen einen vollständig einwandfreien Betrieb gewährleisten. DieAnbringung von Kühleinrichtungen von verwickeltem Aufbau oder mit einer tropfbaren Kühlflüssigkeit, wie bisher üblich, ist daher unmöglich. Ebenso kann auch auf die bei der Kühlung dieser Teile an das Kühlmittel abgegebene Wärme nicht verzichtet werden, da dieselbe infolge der hohen Betriebsdrehzahlen ebenfalls ein Vielfaches der Kühlwärme derartiger Teile bei den bisher üblichen Drehzahlen beträgt.Double-acting piston internal combustion engine, especially those that work according to the two-stroke process, were previously due to low operating speeds marked. This reduced the thermal stress on the hot fuel gases most notably exposed piston rod and its guide parts be kept within moderate limits. However, it was necessary to have the piston rod and their guide parts by a mostly drip coolant, such as. B. water to cool. The cooling systems used for this purpose are characterized by a intricate structure and great weight, are therefore only available in machines with to use low speeds. In view of the low operating speeds is the heat lost by cooling the piston rod and its guide parts only slightly, so that one could do without utilizing this heat, whereupon incidentally, because of the difficulties involved in utilizing this heat had to do without previous piston internal combustion engines. The operating conditions are completely different in double-acting piston internal combustion engines to carry out a method for the operation of a power generation system according to the main patent, in particular for those that work according to the two-stroke process. These piston internal combustion engines should operated at speeds that are a multiple of the previously common speeds will. Both the piston rod and its guide parts must be at such high Operating speeds ensure completely flawless operation. The attachment of cooling devices of intricate construction or with a dripping coolant, as usual, is therefore impossible. Likewise, it can also affect the cooling Heat given off by these parts to the coolant cannot be dispensed with, as the same due to the high operating speeds also a multiple of the cooling heat of such Parts at the previously usual speeds.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine luftgekühlte doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine zur Durchführung des Betriebsverfahrens einer Krafterzeugungsanlage nach dem Hauptpatent zu schaffen, deren Kolbenstange und Führungsteile für diese einen einwandfreien Betrieb auch bei den höchsten Drehzahlen gewährleisten, ohne daß der Wirkungsgrad der Krafterzeugungsanlage hierdurch wesentlich verringert wird. Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kolbenstange und die Führungen der Kolbenstange mittels Druckluft gekühlt werden, die aus dem ständig strömenden Spül- und Ladeluftstrom entnommen wird, und daß die bei der Kühlung der Kolbenstange und ihrer Führungen erwärmte Luft zwecks Ausnutzung ihres Arbeitsvermögens einer Entspannungseinrichtung (Gasturbine, Rückstoßdüse) zugeführt wird. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Abb. i einen Mittellängsschnitt durch einen Arbeitszylinder einer doppelt wirkenden luftgekühlten Kolbenbrennkraftmaschine für eine im Verfahren nach dem Hauptpatent arbeitende Krafterzeugungsanlage, Abb. 2 den Ouerschnitt 1-I durch die Kolbenstange.It is the object of the invention to provide an air-cooled double-acting piston internal combustion engine for the implementation of the operating method of a power generation system according to the main patent to create the piston rod and guide parts for this one flawless Ensure operation even at the highest speeds without affecting the efficiency the power generation system is significantly reduced as a result. The task will be solved according to the invention in that the piston rod and the guides of the piston rod are cooled by means of compressed air, which comes from the constantly flowing purge and charge air stream is taken, and that the cooling of the piston rod and its guides warmed air for the purpose of utilizing its work capacity of a relaxation device (Gas turbine, thrust nozzle) is supplied. In the drawing is an exemplary embodiment of the invention shown. Fig. I shows a central longitudinal section through a Working cylinder of a double-acting air-cooled piston internal combustion engine for a power generation system operating in the process according to the main patent, Fig. 2 the cross section 1-I through the piston rod.

Nach Abb. i gleitet in dem Zylinder i einer doppelt wirkenden Kolbenbrennkraftmaschine 2 der Arbeitskolben 3. Dieser Kolben 3 wird mindestens während der Verdichtungs-. Verbrennungs- und Ausströmzeit von dem durch den Einlaßkanal.4 in den Arbeitszylinder i eintretenden, ständig strömenden Spül- und Ladeluftstrom durchströmt. Durch die Hülse 3, ist die Kolbenstange 5 hindurchgesteckt und mittels der Schrauben 6" und 61, mit ihr verbunden. Die Kolbenstange 5 gleitet in Führungen ; a und 7b, die an den beiden Zylinderdeckeln 8Q und 9a festgelegt sind. Die Führungen 7a und 7b werden von vorteilhaft zu den Führungen achsgleichen Rohrteilen ioa und iob umgeben, die an den Führungswänden i i" und i ib befestigt sind. In den von den Führungsteilen7a und 7b und den diese umgebenden Rohrteilen i o" und i ob gebildeten Leitungen 12" und 12b sind Rippen 13a und 131, vorgesehen, die die Teile 7a und 7b mit den Teilen ioa und iob verbinden. Der Kanal 12, mündet in den von der Verkleidung iia und dem Zylinderdeckel % gebildeten Raum 14" und der Kanal 12b in den Raum i.lb. Die Kolbenstange 5 ist hohl ausgebildet und besitzt in ihrem Innern axial gerichtete Rippen 5a. Im Innern des Kolbens 3 besitzt die Kolbenstange 5 und die die Kolbenstange 5 umgebende Hülse 3, gemeinsame Leitungen bildende Öffnungen i_3, während in dem kurbelseitigen Teil der Kolbenstange Öffnungen 16 vorgesehen sind, die mit Öffnungen 17 in dem Führungsteil 7b derart zusammenwirken, daß zwischen dem Innenraum der Kolbenstange 5 und dem von der Führung 7b und dem rohrförmigen Teil 'Ob gebildeten Kanal i2b eine dauernde Verbindung hergestellt ist.According to Fig. I, the working piston 3 slides in the cylinder i of a double-acting piston internal combustion engine 2. This piston 3 is at least during compression. Combustion and outflow time of the continuously flowing scavenging and charge air flow entering through the inlet duct.4 into the working cylinder i. The piston rod 5 is pushed through the sleeve 3 and connected to it by means of the screws 6 ″ and 61. The piston rod 5 slides in guides; a and 7b, which are fixed to the two cylinder covers 8Q and 9a. The guides 7a and 7b are advantageously surrounded by tube parts ioa and iob which are coaxially aligned with the guides and which are attached to the guide walls ii "and i ib. In the lines 12 "and 12b formed by the guide parts 7a and 7b and the pipe parts io" and iob surrounding them, ribs 13a and 131 are provided which connect the parts 7a and 7b to the parts ioa and iob. The channel 12 opens into the space 14 "formed by the lining iia and the cylinder cover% and the channel 12b into the space i.lb. The piston rod 5 is hollow and has axially directed ribs 5a in its interior. Inside the piston 3, the piston rod 5 and the sleeve 3 surrounding the piston rod 5 have openings i_3 forming common lines, while openings 16 are provided in the crank-side part of the piston rod which interact with openings 17 in the guide part 7b in such a way that between the interior of the piston rod 5 and a permanent connection is established with the channel i2b formed by the guide 7b and the tubular part 'Ob.

Unter der Annahme, daß der Druck des durch die Leitung d. in den Arbeitszylinder eintretenden, ständig strömenden Luftstromes größer ist als der Druck der den Arbeitszylinder umströmenden Luft, wird die durch den Einlaßkanal d. zum Teil oder vollständig in das Innere des Kolbens 3 strömende Luft teilweise durch die Öffnungen 15 in das Innere der Kolbenstange 5 strömen. Ein Teil dieser Luft wird durch die Kolbenstange 5 und je nach der Lage des Kolbens oder der Kolbenstange durch einenTeil der Führung7a in den von dieser Führung und dem rohrförmigen Teil io" gebildeten Kanal 12" strömen. Aus diesem Kanal 12Q tritt diese Kühlluft in die zum Teil durch den Raum 14Q strömende Außenkühlluft des Arbeitszylinders, um gemeinsam mit dieser Luft der nicht gezeichneten Entspannungsmaschine (Abgasturbine, Rückstoßdüse) zugeführt zu werden. Der zweite Teil der durch die öffnungen 15 in die Kolbenstange 5 eintretenden Luft strömt in ähnlicher Weise, wie beschrieben, in Richtung des Kurbeltriebes und verläßt das Innere der Kolbenstange oder seiner Führung 7b durch die Öffnungen 16 und 17. Die Luft tritt ebenso wie auf der Deckelseite in den Kanal 12b ein und von diesem in, den. die Arbeitszylinder umströmenden Luftstrom. Die im Innern der Kolbenstange 5 vorgesehenen Rippen 5Q, die auch in Abb. 2 im Schnitt ersichtlich sind, dienen zur Erhöhung der Wärmeabgabe der Kolbenstange 5. Den gleichen Zweck erfüllen die Rippen 13Q und 13b, die die Wärmeabgabe der Führungen 7Q und 7b fördern.Assuming that the pressure of the line d. in the working cylinder incoming, constantly flowing air stream is greater than the pressure of the working cylinder circulating air, the through the inlet channel d. partially or completely in the interior of the piston 3 partially flowing air through the openings 15 in the Inside the piston rod 5 flow. Some of this air gets through the piston rod 5 and, depending on the position of the piston or the piston rod, by part of the guide 7a in the of this guide and the tubular Part io "educated Channel 12 "flow. From this channel 12Q this cooling air enters the partially the space 14Q flowing outside cooling air of the working cylinder to be shared with this Air is supplied to the expansion machine (not shown) (exhaust gas turbine, recoil nozzle) to become. The second part of the piston rod 5 entering through the openings 15 Air flows in a manner similar to that described in the direction of the crank mechanism and leaves the interior of the piston rod or its guide 7b through the openings 16 and 17. The air enters and from the channel 12b as well as on the cover side this in that. the air stream flowing around the working cylinder. The inside of the piston rod 5 provided ribs 5Q, which can also be seen in Fig. 2 in section, are used to increase the heat dissipation of the piston rod 5. The Ribs 13Q and 13b that promote the heat dissipation of the guides 7Q and 7b.

Es ist selbstverständlich, daß, wenn der Druck der den Arbeitszylinder 1 umströmenden Luft größer ist als der Druck, der durch den Kanal 4 in das Innere des Arbeitszylinders 1 oder des Kolbens 3 strömenden Luft, die Kühlluft im umgekehrten Sinne strömt, d. h., daß Luft aus den Räumen 14Q und 14b durch die Leitungen 12" 12b unter gleichzeitiger Kühlung der Führung 7Q# 7b in das Innere der Kolbenstange 5 und durch die öffnungen 15 in das Innere des Kolbens 3 tritt. Diese durch Kühlung erwärmte Luft strömt gemeinsam mit der den Arbeitszylinder durchströmenden Luft durch den Auslaßkanal18 der nicht gezeichneten Entspannungsmaschine zu.It goes without saying that when the pressure of the working cylinder 1 air flowing around is greater than the pressure that passes through channel 4 into the interior of the working cylinder 1 or the piston 3 flowing air, the cooling air in the reverse Senses flowing, d. that is, that air from spaces 14Q and 14b through lines 12 " 12b with simultaneous cooling of the guide 7Q # 7b into the interior of the piston rod 5 and through the openings 15 into the interior of the piston 3. This by cooling heated air flows together with the air flowing through the working cylinder through the outlet channel 18 of the expansion machine, not shown.

Je nach der Gestalt des Kolbens, insbesondere des Kolbendeckels, und je nach der Führung der einzelnen Druckluftströme können die verschiedenartigsten Lösungen zur Kühlung der Kolbenstange oder ihrer Führungsteile vorgesehen werden.Depending on the shape of the piston, in particular the piston cover, and Depending on the guidance of the individual compressed air flows, the most varied Solutions for cooling the piston rod or its guide parts are provided.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Air-cooled double-acting piston internal combustion engine for carrying out a method for operating a power generation system, in particular for vehicles, which comprises a high-pressure part designed as a piston internal combustion engine and a low-pressure part designed as an additional expansion machine, as well as an air compressor, with part of the compressed air for flushing and charging the The internal combustion engine is used and the scavenging and charge air flow constantly flows, namely during the compression and working stroke of the piston through a cylinder part separated from the combustion chamber of the cylinder and during the remaining part of the work cycle either entirely through the combustion chamber or partly through the combustion chamber, on the other hand Part of the combustion chamber past, according to patent 768 043, characterized in that the piston rod and the guides of the piston rod are cooled by means of compressed air, which is taken from the constantly flowing purge and charge air flow, and that d ie air heated during the cooling of the piston rod and its guides is fed to an expansion device (gas turbine, recoil nozzle) in order to utilize its working capacity.

2. Piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in; - that the cooling surfaces of the piston rod and its guide promote the heat dissipation Design, preferably obtained by arranging cooling fins.

3. Piston internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the piston rod is wholly or partially is hollow, and that serving to cool the piston rod from the . Constantly flowing air stream branched off compressed air through the interior of the piston rod is directed.

4. Piston internal combustion engine according to claim 3, characterized in that that the branched off from the constantly flowing air stream and for cooling the piston rod compressed air passed through it from one end of the piston rod is directed to the other end of the same.

5. Piston internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the cavity of the piston rod in the area of its guides after the space that forms part of the constantly flowing air stream Cylinder cooling air is flowed through, towards and in the area between the piston heads formed piston cavity after this is open, so that the air the piston rod flows through either from the inside to the outside or from the outside to the inside.