DE452898C - Injection internal combustion engine with pistons rotating in opposite directions and into one another and an annular working chamber - Google Patents

Description

Einspritzverbrennungskraftmaschine mit gegen- und ineinanderlaufenden Kolben und ringförmigem Arbeitsraum. Bei der Ausgestaltung leistungsfähiger und wirtschaftlich arbeitender Zweitakt-Einspritzverbrennungskraftmaschinen sind vier Forderungen zu erfüllen r. möglichst gründliche Durchspülung des Arbeitsraumes mit Frischluft. Diese erfordert 2. große Aus- und Einlaßöffnungen in solcher Anordnung, daß eine wirbelfreie Strömung entsteht; 3. Sicherung rascher und vollkommener Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes durch kräftige Durchwirbelung der Arbeitsluft während des Einspritzvorganges; q.. geringe Gasgeschwindigkeiten gegenüber den Wandungen des Arbeitsraumes während der Ausdehnung zwecks Herabsetzung der Verluste durch Wärmeübergang.Injection internal combustion engine with counter-rotating and interlocking Piston and annular working space. In designing more powerful and two-stroke fuel injection internal combustion engines that operate economically are four To meet demands r. Thoroughly flush the work area with Fresh air. This requires 2. large outlet and inlet openings in such an arrangement, that an eddy-free flow arises; 3. Ensuring quick and complete combustion of the injected fuel through vigorous swirling of the working air during the injection process; q .. low gas velocities compared to the walls of the working area during the expansion in order to reduce losses Heat transfer.

Die Durchspülung des Arbeitsraumes entsprechend der oben gestellten ersten Forderung wird bei keiner der bekannt gewordenen Bauarten von Einspritzverbrennungskraftmaschinen in gleich vollkommener Weise erreicht wie bei der Maschine mit gegen- und ineinanderlaufenden Kolben und ringförmigem Arbeitsraum. Bei dieser Maschine werden die Auslaß- und die Spüllufteinlaßöffnungen je durch die gegen- und ineinanderlaufenden Kolben gesteuert. Die Spülluft durchströmt also den Arbeitsraum in einer Richtung, und infolge der inneren und äußeren Führung des Spülluftstromes werden die Verbrennungsprodukte wirbelfrei, rasch und gründlich entfernt. Die zweite Forderung ist ebenfalls erfüllt, da gegenüber den Maschinen normaler Bauart mit kreisförmigem Arbeitsquerschnitt der Umfang, auf dem die Aus- und Einlaßöffnungen untergebracht werden, wesentlich größer ist.The flushing of the work area according to the above The first requirement is not met by any of the known types of injection internal combustion engines achieved in the same perfect way as with the machine with counter-rotating and interlocking Piston and annular working space. In this machine, the outlet and the scavenging air inlet openings are each controlled by the pistons rotating in opposite directions and in one another. The purge air thus flows through the working space in one direction, and as a result of the The combustion products are the internal and external guidance of the purge air flow swirl-free, quickly and thoroughly removed. The second requirement is also met, because compared to the machines of normal design with a circular working cross-section the extent to which the outlet and inlet openings are accommodated is essential is bigger.

Die dritte Forderung bedingt insbesondere bei kompressorlosen Maschinen einerseits eine Zusammenfassung des Verbrennungsraumes und anderseits die Sicherung einer genügenden Strahllänge bei kräftiger Durchwirbelung der Arbeitsluft, ehe der Brennstoff eingespritzt wird, und darauffolgend ein Auseinanderziehen des Brennstrahles. Der Verbrennungsraum kann nun bei der gewöhnlichen Einkolben-und Zweikolbenbauart wohl zusammengefaßt und es kann auch eine noch befriedigende Strahllänge erreicht werden, allein das Auseinanderziehen des Brennstrahles erfolgt meist nur in einer Richtung, nämlich entweder längs oder quer zum Strahl. Eine kräftige Durchwirbelung der Arbeitsluft wird zum Teil durch besondere Maßnahmen erzielt, die aber wieder andere Nachteile zur Folge haben. Hinsichtlich der vierten Forderung ist jedoch nachteilig festzustellen, daß die Wirbelung nach der Verbrennung nicht gehemmt und die Verbrennungsgase den Kolben mit der vollen üblichen Kolbengeschwindigkeit folgen.The third requirement applies particularly to machines without a compressor on the one hand a summary of the combustion chamber and on the other hand the security a sufficient jet length with strong turbulence of the working air before the Fuel is injected, and then the focal jet is pulled apart. The combustion chamber can now be of the usual single-piston and two-piston design well summarized and a still satisfactory beam length can also be achieved the focal beam is usually only pulled apart in one Direction, namely either along or across the beam. A strong vortex the working air is partly achieved through special measures, but these again result in other disadvantages. With regard to the fourth requirement, however disadvantageous to find that the vortex is not inhibited and after the combustion the combustion gases follow the pistons at full normal piston speed.

Wesentlich besser werden alle die eingangs gestellten Forderungen durch die vorliegende Erfindung erfüllt, die sich auf Maschinen mit gegen- und ineinanderlaufenden Kolben und ringförmigem Arbeitsraum bezieht. Beim Erfindungsgegenstand werden auf die Ringflächen beider oder eines Arbeitskolbens in Richtung der Kolbenachse flache Kreisringstücke aufgesetzt, zwischen denen Vertiefungen bestehen, die den Verbrennungsraum bilden.All of the requirements made at the beginning are much better met by the present invention, which applies to machines with counter-rotating and interlocking Piston and annular working space relates. When the subject of the invention are on the ring surfaces both or one working piston in the direction of the Piston axis placed flat circular ring pieces, between which there are indentations, which form the combustion chamber.

Die Forderungen = und 2 sind durch die an sich bekannte Bauart der Maschine, wie bereits eingangs erwähnt, schon in vollkommenster Weise erfüllt. Die Forderung q. ist bei dieser Bauart insofern auch schon mit gewöhnlichen Kolben erfüllt, als die Relativgeschwindigkeit der einander durchdringenden Kolben gleich der üblichen absoluten Kolbengeschwindigkeit ist. Die Kolben selbst haben also gegenüber der gekühlten feststehenden Zylinderwandung nur die halbe sonst übliche Kolbengeschwindigkeit, weshalb auch die Verbrennungsgase, die den Kolben im Ausdehnungshub gleichmäßig nach beiden Seiten von der Verbrennungszone aus folgen, die Zylinderwandung nur mit kleinen Geschwindigkeiten bestreichen. Der tangential verlaufende Brennstrahl wird dabei quer auseinandergezogen. Die weitere technische Wirkung, nämlich Zusammenfassung und kräftige Durchwirbelung der Arbeitsluft während der Brennstoffeinführung und das Auseinanderziehen des Brennstrahles auch in der Längsrichtung mit nachträglicher Hemmung der tangentialen Strömung der Verbrennungsprodukte während der Ausdehnung, wird gemäß der Erfindung durch abgesetzte Ringkolben in vollkommenster Weise erreicht.The requirements = and 2 are due to the known design of the Machine, as already mentioned, already fulfilled in the most perfect way. the Requirement q. is in this respect already fulfilled with ordinary pistons in this design, than the relative speed of the pistons penetrating each other equal to the usual absolute piston speed. So the pistons themselves have compared to the cooled stationary cylinder wall only half the normal piston speed, which is why the combustion gases that move the piston evenly in the expansion stroke follow to both sides of the combustion zone, the cylinder wall only brush at low speeds. The tangential focal ray is pulled apart transversely. The further technical effect, namely summary and vigorous swirling of the working air during fuel introduction and the pulling apart of the focal beam also in the longitudinal direction with subsequent Inhibition of tangential flow of combustion products during expansion, is achieved in the most perfect manner according to the invention by means of offset annular pistons.

Der Gegenstand der Erfindung ist in den Abbildungen der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt Abb. z einen schematischen achsialen Längsschnitt durch eine doppeltwirkende Maschine mit in Ansicht gezeichneten gegenläufigen Kolben mit ringförmigen Arbeitsflächen, Abb. 2 eine schaubildliche Darstellung der abgestuften Arbeitsoberfläche eines Ringkolbens, Abb. 3 einen Querschnitt durch die Maschine der Abb. i in Höhe der Brennstoffeinspritzöffnungen mit Draufsicht auf die abgestufte Oberfläche des äußeren Kolbens "a3. Der zylindrische Ansatz des mittleren Kolbens, der den Ringkolben a3 durchdringt, ist im Schnitt dargestellt. Abb. q. bis b zeigen Abwicklungen von dem Kolbenumfang folgenden Schnitten der Ringflächen des mittleren Kolbens a1 und eines äußeren Kolbens, beispielsweise a3, mit drei verschiedenen Ausgestaltungen der zusammenwirkenden Ringflächen.The object of the invention is in the figures of the enclosed Drawing explained in more detail, namely Fig. Z shows a schematic axial longitudinal section by a double-acting machine with counter-rotating pistons drawn in view with ring-shaped work surfaces, Fig. 2 is a diagrammatic representation of the graduated Working surface of an annular piston, Fig. 3 shows a cross section through the machine of Fig. i at the level of the fuel injection openings with a plan view of the stepped Surface of the outer piston "a3. The cylindrical extension of the middle piston, which penetrates the annular piston a3 is shown in section. Fig.q. to show b Developments from the piston circumference following cuts of the annular surfaces of the middle Piston a1 and an outer piston, for example a3, with three different ones Refinements of the interacting ring surfaces.

In der Zeichnung ist in Abb. i und Abb.2 ein Ausführungsbeispiel für eine doppeltwirkende Maschine der an sich bekannten Bauart mit gegen- und ineinanderlaufenden Arbeitskolben und ringförmigem Arbeitsraum dargestellt, und zwar steuert der mittlere doppeltwirkende Kolben a1 .die für beide Arbeitsräume gemeinsam angenommenen Spüllufteinlaßöffnungen b, während die äußeren Ringkolben a2 und a8 die Auslaßöffnungen c steuern. Die Übertragung der Kolbenbewegung erfolgt in bekannter Weise und ist schematisch angegeben. Die äußeren Kolben a2 und a3 sind durch ein Umführungsgestänge d verbunden, dessen Bewegung durch die Traverse d auf die beiden seitlichen doppeltwirkenden' Kurbelstangen e2 und e3 übertragen wird. Der mittlere Kolben a1 arbeitet in Doppelwirkung unmittelbar auf die mittlere Kurbelstange e1. Gemäß der Erfindung sind bei den zwei äußeren Ringkolben a2 und a3 auf die Kolbenringfläche Kreisringstücke f aufgesetzt, zwischen denen zwei Vertiefungen mit den zurücktretenden Ringflächenstücken g entstehen, die bei dem Anlauf der Ringkolben an den Gegenkolben a1, im Grenzfall bis auf das für den Betrieb notwendige Spiel, die verdichtete Arbeitsluft aufnehmen und den Verbrennungsraum h bilden. Infolge der abgesetzten Arbeitsfläche der Ringkolben wird aber die Arbeitsluft am Ende der Verdichtung in den durch die Vertiefungen entstehenden Verbrennungsräumen h nicht nur zusammengefaßt, sie befindet sich auch in kräftiger wirbelnder Bewegung. Zu Beginn der Verdichtung (siehe die gegenseitige Stellung der Kolben unten in der Abb. i) steht die Arbeitsluft infolge der in achsialer Richtung erfolgten Durchspülung des Arbeitsraumes ohne nennenswerte tangentiale Strömung durchweg über der abgesetzten Arbeitsfläche des Ringkolbens. Beim Gegeneinanderlaufen der Kolben a3 und a1 muß nun die über den Kreisringstücken f stehende Arbeitsluft seitlich nach den Vertiefungen abströmen, und zwar besonders heftig gegen das Ende des Verdichtungshubes, da die Arbeitsfläche der Kreisringstücke f bis dicht an den Gegenkolben a1 heranläuft. Dabei strömt die Arbeitsluft über den Kreisringstücken infolge der Symmetrie tangential nach beiden Seiten ab; es treten also entgegengesetzt gerichtete tangentiale Strömungen in die Vertiefungen, die den Verbrennungsraum h bilden, ein, prallen hier aufeinander und versetzen so die zusammengefaßte Arbeitsluft in den Verbrennungsräumen in kräftige wirbelnde Bewegung. In diesem Augenblick wird der Brennstoff bei i tangential eingespritzt, wie dies in Abb. 3 beispielsweise angegeben ist. Beim Auseinandergehen der Kolben (siehe den oberen Arbeitsraum der Abb. i) wird der Brennstrahl, wie bereits weiter oben ausgeführt, nach beiden Seiten in Richtung der Kolbenbewegung senkrecht zum Strahl gleichmäßig auseinandergezogen. Gleichzeitig bewirkt aber die abgesetzte Arbeitsfläche des Ringkolbens auch ein Auseinanderziehen des Brennstrahles in dessen Längsrichtung; denn das Zusammenfassen der Arbeitsluft durch tangentiales Zuströmen während der Verdichtung nach den Vertiefungen bedingt auch, insbesondere während -der Brennstoff eingespritzt wird, beim Auseinandergehen der Kolben wiederum ein tangentiales Ausströmen aus dem Verbrennungsraum in den sich bildenden Raum über den Kreisringstücken f der Ringkolben. Dieses Zuströmen des Brennstrahles bzw. der Verbrennungsgase erfolgt wiederum infolge der Symmetrie tangential von beiden Seiten in entgegengesetzter Richtung, so daß die Strömungen nun über den Kreisringstücken f gegeneinanderprallen, wodurch die Energie etwa noch mitgerissenen Brennstoffs rasch und vollständig ausgelöst wird. Mit zunehmender Ausdehnung kommt aber die tangentiale Strömung, welche durch die vorstehenden Kreisringstücke f der Ringkolben a2 bzw. a3 noch gehemmt wird, zum Stillstand. Im Zusammenhang mit dem gleichmäßigen achsialen Auseinander,iehen der Verbrennungsprodukte nach beiden Richtungen infolge der Gegenläufigkeit der Kolben, die, wie bereits erwähnt, die halbe sonst übliche Geschwindigkeit besitzen, kommen die Verbrennungsprodukte gegen das Ende des . Ausdehnungshubes weitgehendst zur Ruhe und strömen wirbelfrei ab, wenn die Auslaßöffnungen freigegeben werden.In the drawing in Fig. I and Fig.2 an embodiment for a double-acting machine of the known type with counter-rotating and interlocking Working piston and annular working space shown, and that controls the middle one double-acting pistons a1. the purge air inlet openings assumed jointly for both working spaces b, while the outer annular pistons a2 and a8 control the outlet openings c. The transfer the piston movement takes place in a known manner and is indicated schematically. the outer pistons a2 and a3 are connected by a bypass linkage d whose movement through the traverse d onto the two lateral double-acting crank rods e2 and e3 is carried over. The middle piston a1 works directly in double action on the middle connecting rod e1. According to the invention, the two outer Ring piston a2 and a3 placed on the piston ring surface of circular ring pieces f, between which create two depressions with the receding ring surface pieces g, when the annular piston starts up against the opposing piston a1, in the borderline case up to the clearance necessary for operation that absorb the compressed working air and the Form combustion chamber h. As a result of the offset working surface of the annular piston but the working air at the end of the compression in the through the depressions resulting combustion chambers h not only summarized, they are also located in vigorous whirling motion. At the beginning of compaction (see the mutual Position of the piston at the bottom in Fig. I) the working air is due to the in axial Direction, the work area was flushed through without any tangential The flow is consistently over the stepped working surface of the annular piston. When running against each other the piston a3 and a1 must now the working air standing over the circular ring pieces f Flow laterally towards the depressions, and especially violently towards the end of the compression stroke, since the working surface of the circular ring pieces f up close to the Opposing piston a1 approaches. The working air flows over the circular ring pieces due to the symmetry tangentially to both sides; so there are opposing forces directed tangential flows into the depressions that make up the combustion chamber h, collide here and thus displace the combined working air in the combustion chambers in vigorous whirling motion. At that moment, will the fuel is injected tangentially at i, as shown in Fig. 3 for example is specified. When the pistons move apart (see the upper working space of the Fig. I) the focal beam is, as already explained above, on both sides pulled apart evenly in the direction of the piston movement perpendicular to the jet. At the same time, however, the offset working surface of the annular piston also has a Pulling apart the focal beam in its longitudinal direction; because summarizing of the working air by tangential inflow during the compression after the Indentations also conditionally, especially while the fuel is being injected, when moving apart the piston in turn has a tangential outflow from the combustion chamber into the forming space over the circular ring pieces f of the ring piston. This influx of the focal beam or the combustion gases takes place again as a result of the symmetry tangential from both sides in opposite directions so that the currents now collide over the circular ring pieces f, whereby the energy is still about entrained fuel is triggered quickly and completely. With increasing But expansion comes the tangential flow, which through the protruding circular ring pieces f the annular piston a2 or a3 is still inhibited, to a standstill. In connection with the even axial separation of the combustion products towards both Directions as a result of the opposing motion of the pistons, which, as already mentioned, the half the usual speed, the combustion products come against the end of the. Expansion stroke largely to rest and flow away eddy-free, when the outlet openings are released.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß zunächst nur ein Teil der Auslaßschlitze, und zwar dort, wo die Kolbenfläche g zurücktritt, beim Auswärtshub der Kolben a2 bzw. a3 geöffnet wird, während die vorstehenden Kreisringstücke f infolge besonderer Bemessung der achsialen Höhe die entsprechenden Auslaßöffnungen c noch so lange abdecken, bis auch die Spülluftschlitze b durch den mittleren Kolben a1 auf dem ganzen Umfang freigegeben werden. Diese nur teilweise Eröffnung der Auslaßschlitze ist zulässig, da bei dem verhältnismäßig großen äußeren Umfang, der die Schlitze enthält, der anfangs freigegebene Querschnitt für die Entspannung der Verbrennungsprodukte ausreicht; während des Ausspülens sind die Auslaßschlitze auf dem ganzen Umfang offen, um ein gleichmäßiges achsiales Durchspülen zu bewirken. Mit dieser besonderen Bemessung der Höhe der Kreisringstücke f wird die weitergehende wesentliche technische Wirkung erzielt, daß beim Einwärtshub der Kolben ein Teil der Auslaßschlitze ebenfalls schon geschlossen wird, wenn die Spülluftschlitze schließen. Hierdurch wird das Entweichen der Frischluft verhindert und eine gute Füllung des Arbeitsraumes mit Frischluft sowie eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der Maschine gewährleistet. Man kann ohne Nachteil für eine gute Durchspülung sogar so weit gehen, daß die Spülschlitze b noch geöffnet sind, wenn ein Teil der Auslaßschlitze c durch die Kreisringstücke f bereits abgedeckt ist. Besondere Zusatzventile zum Auffüllen des Arbeitsraumes mit Frischluft erübrigen sich dadurch; es können aber trotzdem noch solche in der sonst üblichen Weise angebracht sein.In the present embodiment it is assumed that initially only part of the outlet slots, namely where the piston surface g recedes, on the outward stroke of the piston a2 or a3 is opened, while the above circular ring pieces f the corresponding outlet openings due to the special dimensioning of the axial height Cover c until the purge air slots b through the middle piston a1 to be released in full. This only partially opens the outlet slots is permissible because of the relatively large outer circumference of the slots contains, the initially released cross-section for the expansion of the combustion products sufficient; during flushing the outlet slots are all around open to ensure an even axial flushing. With this particular Dimensioning the height of the circular ring pieces f becomes the further essential technical The effect achieved that on the inward stroke of the piston a part of the outlet slots as well is already closed when the purge air slots close. This will make that The escape of fresh air is prevented and the work area is well filled Fresh air and an increase in the performance of the machine are guaranteed. You can even go so far that the irrigation slots can be flushed well without any disadvantage b are still open when part of the outlet slots c through the circular ring pieces f is already covered. Special additional valves for filling the work area with fresh air are thus superfluous; but there can still be some in the in the usual way.

In den Abb. q. bis 6 sind in Ausschnitten aus dem Umfang der Kolben am Ende der Verdichtung noch verschiedene Möglichkeiten im Zusammenspiel der Ringkolben a2 bzw. a3 mit dem mittleren Kolben a1 dargestellt. In Abb. q. und g ist der mittlere Kolben a1 mit Aussparungen k versehen; das Gegeneinanderlaufen der Kolben kann dann verschieden sein. In Abb. 4. z. B. läuft die zurücktretende Kolbenfläche g des Kolbens a2 bzw. a3 auf die Aussparung des Kolbens a1, so daß ein Teil des zusammengefaßten Verbrennungsraumes h in dem Kolben a1 liegt, während in der Abb. g das vorstehende Kreisringstück f des mittleren Kolbens a2 bzw. a3 gegen die Aussparung des mittleren Kolbens a1 anläuft. In Abb. 6 ist der Fall der Abb. z vergleichsweise ebenfalls herausgezeichnet. Die Einspritzstellen i sind wie auch in Abb. = jeweils angegeben.In fig. Q. to 6 are in sections from the circumference of the piston at the end of compression there are still various options for the interaction of the annular pistons a2 or a3 shown with the middle piston a1. In Fig.q. and g is the middle one Piston a1 is provided with recesses k; the pistons can then run against one another to be different. In Fig. 4. B. runs the receding piston area g of the piston a2 or a3 on the recess of the piston a1, so that part of the combined Combustion chamber h lies in the piston a1, while in Fig. G the above Annular piece f of the middle piston a2 or a3 against the recess of the middle Piston a1 starts up. In Fig. 6, the case of Fig. Z is also comparatively similar drawn out. The injection points i are indicated as in Fig. =.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: x. Einspritzverbrennungskraftmaschine mit gegen- und ineinanderlaufenden Kolben und ringförmigem Arbeitsraum, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Ringfläche beider oder eines Arbeitskolbens Kreisringstücke (f) aufgesetzt sind, zwischen denen Vertiefungen (g) bestehen, die den Verbrennungsraum bilden. PATENT CLAIMS: x. Injection internal combustion engine with pistons rotating in opposite directions and into one another and an annular working chamber, characterized in that circular ring pieces (f) are placed on the annular surface of both or one working piston, between which there are depressions (g) which form the combustion chamber. 2. Maschine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die achsiale Höhe der Kreisringstücke (f) so bemessen ist, daß ein Teil der Auslaßschlitze durch die vorstehenden Kreisringstücke frühestens mit Freigeben der Spüllufteinlaßschlitze geöffnet wird.2. Machine according to claim r, characterized in that the axial height of the circular ring pieces (f) is dimensioned so that part of the outlet slots through the protruding circular ring pieces is opened at the earliest with the release of the scavenging air inlet slots.