CH178316A - Brennkraft-Freikolben-Verdichter. - Google Patents

Description

      Brennkraft-Freikolben-Verdichter.       Die Erfindung betrifft einen Brenn  kraft-Freikolbenverdichter mit zwei in einem  Zylinder arbeitenden gegenläufigen     Brenn-          kraftkolben    und zusätzlichen an der Aussen  seite der Kolben vorgesehenen     Rückführein-          richtungen.     



  Für die Rückführung der Freikolben von  der äussern Endlage in die innere sind be  kanntlich Luftpolster und dergleichen ver  wendet worden, in denen lediglich Luft zur  Lieferung der Rückführungsenergie verdich  tet wird, und da. die Verdichtungsarbeit  grösser ist als die von der     verdichteten    Luft  gelieferte Rückführungsenergie entsteht ein  Leistungsverlust. Die Erzeugung minde  stens der Rückführungsenergie ist jedoch not  wendig, um eine sichere Zündung im     Brenn-          raum    zwischen den beiden Freikolben sicher  zu stellen, so dass gemäss der Erfindung die.

         Rückführeinrichtungen    als auf die     Brenn-          kraftkolben    wirkende Brennräume ausgebil  det sind.     Vorteilhafterweise    sind bei Anwen  dung     doppeltwirkender        Verdiehterzylinder       die zusätzlichen     Rückführbrennräume    so be  messen,     da.ss    die in ihnen erzeugten Leistun  gen zusammen gleich der im     mittleren        Brenn-          raum    erzeugten Leistung sind. Ferner kön  nen der innere Brennraum mit     Aufladung,     die äussern Brennräume dagegen ohne Ruf  ladung arbeiten.

   Auch können die zusätz  lichen Verbrennungsräume nach dem Vier  taktverfahren arbeiten und die Zündungen  abwechselnd im einen und im andern Raum  erfolgen. Schliesslich kann ein Regelorgan  für die in die     äussern    Brennräume einzu  spritzende Brennstoffmenge vorgesehen sein,  das durch eine in Abhängigkeit von der       Kompressionsendlage    der Freikolben im     mitt-          leren    Brennraum arbeitende     Vorrichtung     (zum Beispiel Anschlag) beeinflusst wird.  



  Auf der Zeichnung sind drei Ausfüh  rungsbeispiele der Erfindung     schematisch          dargestellt.     



       Fig.    1 zeigt einen     Brennkraft-Freikolben-          verdichter    mit einem aussen liegenden     Brenn-          raum    für jeden der beiden Freikolben;

             Fig.    2 zeigt einen zweizylindrigen     Brenn-          kraft    -     Freikolbenverdichter    für     Zwillings-          betrieb;          Fig.    3 zeigt einen     Brennkraft-Freikolben-          verdichter,    in dessen     äussern    Brennräumen  die     Rückführungsenergie    erzeugt     wird;

            Fig.    4 zeigt die Regelvorrichtung für die       Leistungserzeugung    in den äussern     Brenn-          räumen.     



  Der     Brennkraft-Freikolbenverdiehter    in  Fix. 1 hat     einen        Brennkraftzylinder    1 mit  den Kolben 2, 3 und die     Verdichterzylinder     4, 5 mit den     Verdichterkolben    7, B. Die       Schlitze    '9 .des Zylinders 1 dienen dem Luft  einlass, die Schlitze 10 dem     Auslass    der Ver  brennungsgase. 11 ist das Brennstoffventil,  das von einer nicht gezeichneten Pumpe ge  speist wird. Zum Synchronisieren der gegen  läufigen Bewegung der beiden Freikolben  dient der Schwinghebel 13 mit den     Stangen     14, die den     Schwinghebel    13     mit    den Kolben  2, 3 verbinden.  



  Auf der     Aussenseite    der Freikolben 2, 3  sind die Brennräume 15, 16 der     Brennkraft-          zylinder    18, 13 vorgesehen, in denen die  äussern Teile 20, 21 der Freikolben 2, 3  arbeiten. Die     Brennkraftzylinder    18, 19 sind  ebenfalls mit     Einlassschlitzen    9 und     Auslass-          achlitzen    10 und einem     Brennstoffventil    11  versehen.

   Die     Verdichterzylinder    4, 5, die je       zwischen    zwei einem Freikolben zugeordne  ten     Brennräumen    liegen, sind     doppeltwirkend          und    mit Saugventilen 22 und     Druckventilen     24 versehen. Der Einfachheit halber ist die  Weiterleitung der verdichteten Luft nicht  dargestellt, ebensowenig, ob die Luft mit den  Abgasen aus den     Brennkraftzylindern    ge  mischt oder für sich     verwendet    wird.  



  Die Freikolben befinden sich in der     in-          nern        Totpunktlage.    Die Verbrennungsluft  im- Brennraum 12 ist verdichtet und der  durch das     Ventil    11 eingespritzte     Brennstoff          zündet,    wonach die beiden Freikolben 2, 3  bei der     Expansion    nach     aussen    getrieben wer  den und die Luft in den aussenliegenden  Arbeitsräumen der     Verdichterzylinder    4, 5,  sowie auch .die Verbrennungsluft in den Zy  lindern 18, 19 verdichten, während die Ver-         dichterkolben    7, 8 auf der Innenseite Luft  ansaugen.

   Die     Expansionsendlage    für den  Brennraum 12 ergibt die     Kompressionsend-          lage    für die Brennräume 15, 16, und es     wird     in der äussern Endlage der Freikolben 2, 3       Brennstoff    eingespritzt, so dass nunmehr die  Freikolben 2, 3 wieder gegeneinander ge  trieben werden.

   Die Expansion in den äussern       Brennräumen    liefert dabei sowohl die     Ver-          dichtungs-    und     Ansaugearbeit    der Verdich  ter, wie auch die Verdichtungsarbeit im       Brennkraftzylinder    1, und somit     ausser    der  nach aussen abgegebenen     Leistung    .die Rück  führungsenergie für die Freikolben 2, 3.  



  In     Fig.    2 sind zwei aus     Brennkraft-    und       Verdichterzylindern        bestehende,    kombinierte  Zylinder 25, 26 mit den     innern        Brennräumen     ?7,, 28 -und den äussern     Brennräumen    29, 30  und 31, 32 dargestellt. Im Zylinder 25 arbei  ten die Freikolben 34, 35, die durch das       Synchronisiergestänge    36     zwangläufig    mit  einander verbunden sind. Ausserdem sind     die     Kolben 34, 3-5 mit den Kolben 39, 40 in dem  Zylinder 2,6 durch 'Schwinghebel 41 verbun  den.

   Es arbeiten infolgedessen die Zylinder  25, 26 als     Zwillingszylinder.    Die Bohrungen  der innern     Brennräume    27, 28 und der  äussern Brennräume 29, 30 und 31, 32 sind  gleich. Dabei ist der Inhalt des Brennraumes  27     bezw.    28 doppelt so gross wie der Inhalt  jedes der Brennräume 29, 30,     bezw.    31, 32.  Wenn für die äussern Brennräume 29 bis 32  das     Viertaktverfa-hren        vorgesehen    ist, so     wird     abwechslungsweise bei einem Auswärtshub  der Freikolben in den Brennräumen 29, 32,  beim darauffolgenden Auswärtshub in den  Brennräumen 30, 31 gezündet.  



  In     Fig.    3 arbeiten in dem Brennkraft  zylinder 45 mit den     Einlassschlitzen    46 und  den     Auslassschlitzen    47 und dem     Brennstoff-          ventil    48 die Freikolben 50, 51. Die     Ver-          dichterzylinder    52, 53 sind     einfachwirkend,     mit aussenliegenden     Kompressionsräumen.     Auf der Aussenseite der Freikolben 50, 51  sind die zusätzlichen     Brennräume    55, 56 mit  den     Einlassventilen   <B>57,</B> den     Auslassventilen     58 und .dem Brennstoffventil 59.

   Zur Syn  chronisierung dient der     Schwinghebel    60 mit      den Stangen 61. Die Füllungen der äussern  zusätzlichen     Brennräume    55, 56 werden in  irgend einer bei     Verbrennungskraftmaschinen     üblichen Weise bemessen und stehen unter  dem Einfluss einer Vorrichtung, die in Ab  hängigkeit von der     Kompressionsendlage    der  Freikolben 50, 51, das heisst also der Rück  führungsenergie derselben stehen.

   Bei den       @iussern        Brennräumen    55, 56, die als zusätz  liche Brennräume dienen, werden die Regel  organe für die Leistungserzeugung, zum Bei  spiel die Regelventile für die Brennstoffzu  führung, derart geregelt, dass in den zusätz  lichen Brennräumen 55, 56 lediglich die  Rückführungsenergie erzeugt wird.

   Wenn  die     zusätzlichen        Verbrennungsräume    55, 56       nach    dem     Viertaktverfahren    arbeiten, erfol  gen die Zündungen abwechslungsweise im  einen 55 bei einem     Einwärtshub    und im an  dern 56 bei dem auf den ersten folgenden       Einwärtshub,    wobei dann im Raum 55 das  Ansaugen der Luftladung stattfindet. Die  entwickelte Leistung in dem Brennraum, in  dem die Zündung stattfindet, entspricht der  Rückführungsenergie für beide Freikolben  50, 51, und es wird zum Beispiel bei Zün  dungen im Raum 56 die Hälfte der Rück  führungsenergie durch das Schwinghebel  werk 60 auf den Freikolben 51 übertragen.  



       Fig.    4 zeigt, dass mit dem     Synchronisier-          Schwinghebel    60 eine Anschlagrolle 63 starr  verbunden ist. Sobald der Schwinghebel in  die Nähe der der innern     Totpunktlage    der       Freikolben    50, 51 entsprechende Lage kommt,  stösst die Rolle 63 das     Drucköl-Regelventil     64 auf und lässt eine gewisse     Druckölmenge     aus dem Raum 65 durch den Ablauf 66 ab  fliessen.

   Der     Regelölraum    65 wird durch eine  Leitung 57 dauernd in gleichmässiger Weise       gespeist.    Der Druck im     Regelölraum    65  variiert je nach der Grösse des vom Ventil 64  periodisch bei jedem Hubwechsel geöffneten  und wieder geschlossenen     Querschnittes.     Schlägt der Schwinghebel 60 stärker aus, so  sinkt der Öldruck, weil das     Ventil    64 mehr  geöffnet wird, schlägt er weniger     stark    aus,  so     steigt    wegen der geringeren Öffnung .des       Ventils        6.1    der Öldruck.

   Der Regelöldruck im    Raum 65 wird durch die Leitung 68 auf den  federbelasteten Kolben 69 übertragen, wel  cher mit der     Brennstoffregulierwelle    70 der  zusätzlichen Verbrennungsräume 55, 56 in  Verbindung steht. Die     Brennstoffregulier-          welle    70 regelt die Brennstoffbemessung der  der Einfachheit     halber    nicht gezeichneten       Brennstoffp-lmF-    für die Verbrennungsräume  55, 56, an die die Ventile 59 angeschlossen  sind.  



  Die Wirkungsweise der     beschriebenen     Vorrichtung ist die folgende:  Nimmt aus irgend einem Grunde, zum  Beispiel infolge Senkung des     Förderdruckes     im Verdichter die Rückführungsenergie ab,  so     verkleinert    sieh der Ausschlag des       Schwinghebels    60, und der Öldruck im  Raume 65 steigt und die Regulierwelle 70  wird dadurch so gedreht, dass sich die Brenn  stoffüllungen der Rückführungszylinder 55,  56 vergrössern und die Ausschläge der Frei  kolben 50, 51 nehmen     wieder    so lange zu, bis  ein neuer Gleichgewichtszustand in der Nähe  des ursprünglichen     Schwinghebelausschlages     erreicht ist.  



  Der Kolben 69 wird durch die Feder 71  entgegen dem Druck im Raum 65 und der  Leitung 68 belastet. Der obere Teil des Kol  bens 69 arbeitet im Zylinder 72, der     mittelst     der Leitung 73 an den nicht gezeichneten Be  hälter der     Aufladeluft    angeschlossen ist.

   Da  durch kann erreicht werden, dass der Frei  kolbenausschlag sich in seiner Grösse dem       Aufladedruck    anpasst, und es     können    auf  diese Weise die     Rückführungszündungen    zum  Beispiel so reguliert werden, dass der     Kom-          pressionsenddruck    im     Hauptverbrennungs-          zylinder    unabhängig vom     Aufladedruck    an  genähert konstant bleibt.  



  Durch die Erfindung wird der Vorteil er  reicht; dass die     Stetigkeit    des Freikolben  betriebes erhöht wird.     Bei    der Zündung im  mittleren Brennraum werden die Kolben nach  innen getrieben und     die    Rückführungsenergie  zur     Überwindung    der Kompression in den  innern Brennräumen erzeugt.

   Die Zündungen  in den äussern Brennräumen werfen die Kol  ben zurück und erzeugen somit die Rückfüh-           rungsenergie    für den     innern        Brennraum,    so  dass in jedem Fall die Kompression in den       Brennkraftzylindern    sicher erreicht wird, und  die Zündung insbesondere beim Dieselver  fahren bei jedem Hub gewährleistet ist. Die  Verbrennungsräume können nach dem Diesel  verfahren oder nach einem andern Verfahren,       zum    Beispiel dem     Verpuffungsverfahren    be  trieben werden.

   Für     die    zusätzlichen Ver  brennungsräume hat     die    Verwendung eines  Verfahrens, das im     Kompressionsenddruck     weniger empfindlich ist, zum Beispiel Ge  mischkompression und elektrische Zündung,  einen Vorteil, dass die Erzeugung der Rück  führungsenergie in den zusätzlichen Ver  brennungsräumen auch bei veränderlicher  äusserer     Totpunktlage    sichergestellt ist. Die  zusätzlichen Verbrennungsräume können nach  dem Zweitakt- oder dem     Viertaktverfahren     arbeiten.

   In letzterem Fall zünden die zu  sätzlichen Brennräume abwechslungsweise  rechts und links und jede     Hälfte    der von  ihnen geleisteten Rückführungsarbeit wird  über das     Synchronisiergestänge    auf den der  Zündung gegenüberliegenden Freikolben  übertragen. An Stelle der Beeinflussung der  Regulierwelle für die Brennstoffpumpe der  zusätzlichen Verbrennungsräume können auch  Organe zum Regeln .der Luftzufuhr oder  Regelorgane im     Auslass    der     Abgase    dieser  zusätzlichen Brennräume in Abhängigkeit  von der     Kompressionsendlage    der Frei  kolben     beeinflusst    werden.  



  Es können sowohl der innere Brennraum  allein mit Rufladung arbeiten, als auch die       äussern    Brennräume     allein    oder beide zu  sammen. Ferner können die äussern     Brenn-          räume    mit     Anlassventilen    versehen sein, was  den Vorteil hat, dass die erste Zündung in  einem einzigen Brennraum eingeleitet wird.

    Es kann aber auch .der     innere    Brennraum  mit     Anlassventilen    versehen sein oder die       äussern    und     innern        Brennräume        gleichzeitig.     Ferner kann auch der     zwischen    den Frei  kolben gelegene Brennraum nach dem Diesel  verfahren und die äussern Brennräume nach  dem     Verpuffungsverfahren    arbeiten.

   Um  die     Übertragung    von Druckschwankungen im    Gehäuse des     Druckregelventils    64 (Fix. 4)  auf den     Verstellkolben    69 zu verhindern,  kann in die Verbindung 68     zwischen    dem       Druckregelventil    64 und dem     Verstellkolben     69 eine Drosselscheibe eingeschaltet sein.  



  Wenn das Regelorgan für die Leistung  in den äussern Brennräumen     bezw.    im     in-          nern    Brennraum durch eine in Abhängigkeit  von der     gompressionsendlage        des    innern  Brennraumes     bezw.    der äussern Brennräume  der Freikolben arbeitende     Vorrichtung    be  einflusst wird, so kann diese     Kompressions-          endlage    unabhängig von der Grösse der Ruf  ladung im innern Brennraum     bezw.    in den  äussern Brennräumen unveränderlich gehal  ten oder in Abhängigkeit von dem Grad die  ser Rufladung verändert werden.

   Ferner  können     kombinierte    Zylinder, deren Frei  kolben mit den Freikolben eines andern kom  binierten Zylinders     untereinander    zwang  läufig verbunden sind, derart gekuppelt sein,  dass der Expansionshub im innern     Brenn-          raum    des ersten Zylinders mit dem Kom  pressionshub im     innern        Brennraum    des an  dern Zylinders zusammenfällt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Brennkraft-Freikolbenverdichter mit zwei in einem Zylinder arbeitenden gegenläufigen Brennkraftkolben und zusätzlichen, an der Aussenseite der Kolben vorgesehenen Rück führeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführeinrichtungen als auf die Brennkraftkolben wirkende Brennräume aus gebildet sind.

   LiNTERANSPRüCHE: 1. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, mit doppeltwirkenden Ver- dichterzylindern, dadurch gekennzeich net, dass die zusätzlichen Rückführbrenn- räume so bemessen sind, d@ass die in ihnen erzeugten Leistungen zusammen gleich der im mittleren Brennraum erzeugten Leistung sind.. z.

   Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der innnere Brenraum mit Auf- ladung, die äussern Brennräume dagegen ohne Aufladung arbeiten. B. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verbrennungsräume nach dem Viertaktverfahren arbeiten, und die Zündungen abwechselnd im einen und im andern Raum erfolgen.

   4. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die in einem Zylinder arbeitenden gegenläufigenBrenn- kraftkolben mittelst einer Kraft vom einen auf den andern Kolben übertragen den Vorrichtung verbunden sind.

   5. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, mit mehreren je in einem Zylinder arbeitenden Brennkraft-Kolben- paaren, dadurch gekennzeichnet ,dass zwi schen einem Kolben eines Paares und einem Kolben eines andern Paares eine Kraftübertragungsvorrichtung eingeschal tet ist. 6. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei einem Freikolben zu geordneten Brennräumen ein Verdichter zylinder angeordnet ist.

   7. Brennkraft-Freikplbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen der äussern und der innern Brennräume einander gleich sind. B. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die äussern Brennräume gleiche Boh rungen aufweisen, die jedoch von der Bohrung des innern Brennraumes ver schieden sind. 9. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die äussern Brennräume mit Ruf ladung arbeiten.

   10. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss die äussern Brennräume mit Anlass- ventilen versehen sind. 11. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Brennraum mit Anlass- ventilen versehen ist.

   12. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den beiden Freikolben gelegene Brennraum nach dem Diesel verfahren, die äussern Brennräume nach dem Verpuffungsverfahren arbeiten. 13. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, däss der zwischen den beiden Freikolben gelegene Brennraum nach dem Verpuf- fungsverfahren, die äussern Brennräume nach dem Dieselverfahren arbeiten.

   14. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan für die in die äussern Brennräume einzuspritzende Brennstoff, menge durch eine in Abhängigkeit von der Kompressionsendlage der Freikolben im mittleren Brennraum arbeitende Vor richtung beeinflusst wird. 15. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 14, da durch gekennzeichnet, dass die in Ab- häugigkeit von .der Kompressionsendlage der Freikolben arbeitende Vorrichtung einen von einem Freikolben betätigten Anschlag aufweist.

   16. Brenukraft-Freikolbenverdichter nach Pa- tentanspruch und Unteranspruch 14, da durch gekennzeichnet, dass die in Ab hängigkeit von der Kompressionsendlage der Freikolben arbeitende Vorrichtung als hydraulisches oder pneumatisches Kraft übertragungssystem mit einem Druck regelventil, .das durch einen Freikolben geöffnet wird, ausgebildet ist.

   17. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa- tentanspruch und Unteranspruch 14, da durch gekennzeichnet, dass die Vorrich tung (63) mittelst eines von ihr in der Kompressionsendlage betätigten Steuer ventils (64) :

   den Druck im Gehäuse (65) des Steuerventils in Abhängigkeit von der Kompressionsendlage der Freikolben im mittleren Brennraum steuert, und ein das Regelorgan betätigender Kolben (69) unter dem Einfluss dieses Druckes ver stellt wird. 18.

   Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa- tentanspruch und Unteransprüchen 14 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen dem Steuerventil (64) und dem das Regelorgan betätigenden Kolben (69) eine Drosselvorrichtung eingeschaltet ist; zum Zweck, die Übertragung von Druck schwankungen auf den Kolben (69) zu mildern.

   19. Brennkraft-Freikolbenverdichter nach Pa tentanspruch und Unteransprüchen 2, 14 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass der das Regelorgan betätigende Kolben (69) ausserdem unter dem Einfluss des Ruf ladedruckes im innern Brennraum ent gegen dem Druck im Gehäuse (65) ver stellt wird.