DE737206C - Piston engine with compensation of the linkage forces - Google Patents

Description

Kolbenkraftmaschine mit Ausgleich der Gestängekräfte Bei bekannten, einfach wirkenden Brennkraftmaschinen werden durch einen. mit einem Druckmittel gefüllten Raum, in den sämtliche Arbeitskolben mit ihren Außenseiten eintauchen, vor diesen annähernd gleiche Gegenkräfte hervorgerufen, um deren Größe die Gestänge von den Wirkungen :der Arbeits.-kräfte entlastet werden. Die hierdurch erzielten Vorteile hinsichtlich der Bauart und Wirkungsweise der Maschine werden indessen durch gewisse Mängel stark eingeschränkt.Piston engine with balancing of the linkage forces With known, single-acting internal combustion engines are through a. with a pressure medium filled space into which all working pistons immerse with their outer sides, in front of these approximately the same opposing forces caused by the size of the linkage of the effects: the workforce is relieved. The resulting Advantages with regard to the design and mode of operation of the machine are, however severely limited by certain deficiencies.

Die Dwuckmittelspannung kann nur seinen kleinen Bruchteil oder höchsten Arbeitsspannung einer Brennlraftmaschine erreichen. Da gemäß @diesier Lösung die Spannungsverhältnisse der Gegen- und Arbeitskräfte wertgleich den Kraftverhältnissen sind,, bedingt die niedrige Druckmittelspannung kleine Gegenkräfte. Der um ein vielfaches größere, nicht ausgleichbare Teil. der höchsten Arbeitskraft muß aber .die Grundlage der Triebwerksabmessungen .bildenderen Massen hiernach nur unwesentlich eingeschränkt werden können, was meist in keinem ierträglichen Verhältnis zu den Aufwendungen für die Druckmitteleinrichtung stehen wird. Brei einer wesentlichen Spannungssteigert%4g müßten vielstufige Verdichter die für derartige Maschinen unerläßliche Einfachheit stören, ohne zuverlässig wirken zu können, weil die Zuverlässigkeit der Druckerzeugung und -regelung mit zunehmender Spannungshöhe verringert wird. Die Lösung gilt nur für Brennkraftmaschinen.The pressure mean voltage can only be its small fraction or the highest Achieve working voltage of an internal combustion engine. Since according to @this solution the Tension relationships between counter and labor forces equal in value to the force relationships are ,, due to the low pressure medium tension, small counterforces. Many times over larger, non-adjustable part. but the basis of the highest labor-power must be the engine dimensions can be, which is usually not bearable in relation to the expenses will stand for the pressure medium device. Mash a substantial tension boost% 4g multi-stage compressors should have the simplicity indispensable for such machines interfere without being able to act reliably, because of the reliability of the pressure generation and regulation is reduced with increasing voltage level. The solution only applies for internal combustion engines.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung erwähnter Mängel und zugleich die Erweiterung des Anwendungsbereiches der nur für Brennkraftmaschinen bekannten Gestängeientlastung !auf jene Maschinen, in deren Arbeitsräumen nur die Spannung zugeführter Arbeitsdruckstoffe (Dampf, Druckluft, -wasser) in Arbeit umgesetzt wird.The present invention aims to obviate the aforementioned shortcomings and at the same time the expansion of the scope of the only for internal combustion engines known boom relief! on those machines in whose work areas only the Voltage supplied working pressure substances (steam, compressed air, water) converted into work will.

Gerade bei diesen Maschinen wird eine volle Entlastung der Gestänge in einfachster Weise dadurch erzielt, daß gemäß der Erfindung die Arbeitsdruckstoffe zugleich als Druckmittel zur Erzeugung der Gegenkräfte für den Gestängeausgleich ,ausgenutzt und gleichzeitig den Gegendruck- und Arbeitsräumen zugeführt werden.With these machines in particular, the boom is fully relieved achieved in the simplest manner in that, according to the invention, the working pressure materials at the same time as a pressure medium to generate the opposing forces for the rod compensation , are used and at the same time fed to the counter-pressure and work rooms.

Durch die gleiche Spannungshöhe werden dann sowohl die Gegenkräfte als auch die in einem bestimmten Einströmungszeitabschnitt entstehenden, annähernd ebenso großen, jeweils höchsten Arbeitskräfte erzeugt, d. h. mit dem Spannungsverhältnis i. Bei der Anwendung gewöhnlicher Kolben mit dem Flächenverhältnis i ,ist dann das Kraftverhältnis annähernd gleich i. Das gilt für alle Belastungen :dieser Maschinen, weil hier die klaschinenleistung durch die Spannungshöhe der Arbeitsdruckstoffe geregelt wird.The opposing forces are then both due to the same stress level as well as those occurring in a certain inflow period, approximately equally great, respectively generates the highest labor force, d. H. with the tension ratio i. When using ordinary pistons with the area ratio i, the force ratio is then approximately equal to i. This applies to all loads : of these machines, because here the clinker output is determined by the voltage level of the Working pressure substances is regulated.

Im Vergleich mit doppelt wirkenden Maschinen wird die Bauart vereinfacht: Die H-ilfte der Steuerungsteile fällt fort.In comparison with double-acting machines, the design is simplified: Half of the control parts are omitted.

Da die Gestänge, abgesehen von Reibungs-, Beschleunigungs- und Fliehkräften, durch Arbeitskräfte nur auf Zug beansprucht werden, können sie sehr leicht, sogar als Bi:egekörper ausgebildet sein. Jedenfalls wird zusammen mit Umlaufszahlen und Betriebsspannungen die Maschinenleistung, bezogen auf den Druckstoffverbrauch und das Baugewicht, wesentlich gesteigert. Überbeanspruchung durch Arbeitskräfte ist ausgeschlossen, weil diese nur gleichzeitig mit mindestens ebenso großen Gegenkräften auftreten können.Since the linkage, apart from friction, acceleration and centrifugal forces, are only used in train by workers, they can very easily, even be designed as a Bi: egekörper. In any case, together with numbers in circulation and Operating voltages the machine performance, based on the printing material consumption and the construction weight, increased significantly. Is overuse by labor excluded, because these only simultaneously with at least as large opposing forces may occur.

An sich bekannte Maschinen mit Hoch-und fNiederdruckzylindergruppen :erhalten nach dem Vorschlag je Gruppe einen besonderen Gegendruckraum. Durch diesen hindurch werden die Druckstoffe höchster Spannung den Arbeitsräumen zugeführt und, nachdem sie hier Arbeit leistend zum Teil :entspannt sind, durch den Gegendruckraum und die Arbeitsräume der Zylindergruppe nächst niedrigeren Druckes weitergeleitet und so fort. Auch bei dieser SÄ'irkungsiveise hat das Verhältnis der Gegenkräfte und der höchsten Arbeitskraft stets annähernd den Wert i.Machines known per se with high and low pressure cylinder groups : According to the proposal, each group receives a special counter pressure chamber. Through this through this, the printing materials of the highest tension are fed into the work areas and, after doing some work here: are relaxed, through the counterpressure chamber and forwarded the working spaces of the cylinder group to the next lower pressure and so on. In this mode of action, too, the ratio of the opposing forces and the highest labor force always approximately the value i.

Zur Erzielung ähnlicher Vorteile bei Brennkraftmaschinen wird vorgeschlagen, auch die diesen 1Nlaschinen zugeführten Druckstoffe (Lade- oder Spülluft oder Brennstoff-Luft-Gemische) zugleich als Druckmittel für den Gestängeausgleich .auszunutzen.To achieve similar advantages in internal combustion engines, it is proposed that also the pressurized substances supplied to these machines (charge or purge air or fuel-air mixtures) at the same time as a pressure medium for the rod compensation.

Freilich wird die Vorspannung dieser Druckstoffe durch die bekannten Vorgänge in den Arbeitsräumen (Nachverdichtung durch den Arbeitskolben, Brennstoffzusatz und Wärme) derart gesteigert, daß das Verhältnis der durch die Vorspannung erzeugten Gegenkräfte und der durch-die Arbeitsspannung erzeugten höchsten Arbeitskraft fast wirkungslose Gestängeentlastungen herbeiführen müßte. Das Spannungsverhältnis dieser Kräfte ist an sich zu klein. Versuche, es; durch Erhöhung der Druckmittelspannung zu vergrößern, haben zu keinem durchschlagenden Erfolg geführt. Derartige, seit Jahrzehnten bekannte Lösungen dürften kaum ausgeführt sein.Of course, the pretensioning of these printing materials is due to the known Processes in the working areas (recompression by the working piston, fuel addition and heat) so increased that the ratio of the generated by the bias Counter forces and the highest work force generated by the work tension would have to bring about ineffective linkage relief. The tension between these Forces is too small in itself. Try it; by increasing the pressure medium tension to enlarge did not lead to resounding success. Such, since Solutions known for decades are unlikely to have been implemented.

Zur Beseitigung dieses Mangels soll gemäß der Erfindung die Wirkung des Spannungsverhältnisses der Gegenkräfte und der j höchsten Arbeitskraft durch die zusätzliche Wirkung des Druckflächenverhältnisses an sich bekannter Stufenkolben dem Wert i gei r, *ih ert werden.To eliminate this deficiency, according to the invention, the effect of the tension between the opposing forces and the j highest work force the additional effect of the pressure area ratio of known stepped pistons the value i gei r, * ih ert.

Die große Endfläche des Stufenkolbens taucht in den Gegendruckraum ein, die kleine Endfläche schließt den Arbeitsraum ab. Das Verhältnis der Gegen- und Arbeitskräfte ist darin das Verhältnis der Produkte aus den bezüglichen Spannungen und den ihnen ausgesetzten Kolbendruckflächen.The large end face of the stepped piston plunges into the counterpressure chamber a, the small end face closes the work space. The relationship of the opposing and labor is in it the ratio of the products of the related tensions and the piston pressure surfaces exposed to them.

Im allgemeinen wird man sich damit begnügen, die Gestänge nur von einem wesentlichen Teilbetrag der höchsten Arbeitskraft zu entlasten, um bauliche Schwierigkeiten zu vermeiden, die durch größere Kolbenflächenunterschiede entstehen könnten. Sollen indessen auch bei Brenrikraftmaschinen in Sonderfällen die Gestänge ausschließlich auf Zug beansprucht werden, z. B. -wenn sie als Biegekörper ausgebildet sind, so ist das Verhältnis der KolbenflächenF/f annähernd im umgekehrt--n Verhältniqwert der auf sie wirk-enaen Spannungen g/p- der Gegenkräfte und der höchsten Arbeitskraft vorzubestimmen, gemäß: F/f # g,'p= i.In general, you will be satisfied with the linkage only from to relieve a substantial portion of the highest workforce to structural To avoid difficulties caused by larger piston area differences could. However, in special cases, the linkage should also be used for internal combustion engines be claimed exclusively on train, z. B. -if they are designed as flexible bodies are, then the ratio of the piston areas F / f is approximately the opposite - n ratio the tensions acting on them g / p- the opposing forces and the highest labor force to be determined in advance, according to: F / f # g, 'p = i.

Bei der Bestimmung des Kolbenflächenverhältnisses sind im Einzelfall die Einflüsse der Bewegungsvorgänge gemäß des Kräfteverlaufes, bezogen als zusätzliche Kräfte am Kolbenkörper, in bekannter Weise zu berücksichtigen.When determining the piston area ratio are in individual cases the influences of the movement processes according to the course of forces, referred to as additional Forces on the piston body to be taken into account in a known manner.

Da es gemäß der Erfindung freisteht, welche der Stuferikolbenflächen den Gegen-und Arbeitskräften ausgesetzt werden, können die der Gegendruckfläche entgegengesetzt gerichteten Druckflächen, also die kleine Kolbenend- und die ringförmige Kolbenfläche abwechselnd oder gemeinsam als Arbeitsdruckflächen benutzt werden. Sind diese beiden Flächen verschieden groß, so werden bei den gleichen Arbeitsspannungen drei Maschirienleistungsstufen gebildet. Sind sie gleich groß und ist die Steuerung der Arbeitsdrücke so eingerichtet, daß beide Flächen arbeitstaktmäßig abwechselnd als Arbeitsdruckflächen wirken, so wird die Maschinenleistung zugleich durch die bekannte Arbeitsweise im Zweitakt und durch die Wirkung der Gestängeentlastung gesteigert und ihre Arbeitsweise der einer doppelt wirkenden angeglichen.Since it is free according to the invention, which of the step piston surfaces the counter and work forces can be exposed to those of the counter pressure surface oppositely directed pressure surfaces, i.e. the small piston end and the ring-shaped one Piston area can be used alternately or jointly as working pressure areas. If these two areas are of different sizes, the working voltages formed three levels of machine performance. Are they the same size and is the control the working pressures set up so that both surfaces work alternately act as working pressure areas, the machine performance is at the same time through the known working method in two-stroke and increased by the effect of the linkage relief and its mode of operation is aligned with that of a double-acting one.

Die Anlage eines besonderen Gegendruckraunies wird dadurch vermieden, daß der druckfest ausgebildete, ungeteilte Kurbelraum zugleich als Gegendruckraum dient.The creation of a special counterpressure system is thus avoided, that the pressure-resistant, undivided crank chamber at the same time as a counter-pressure chamber serves.

Bei Dampfmaschinen ist es vorteilhaft, die Zylinderräume vor den Kolben und die Unterflächen dieser gegen Wärmeverluste zu schützen; bei Brennkraftmaschinen kommt es darauf an, nach Möglichkeit durch diese Flächen Wärme abzuführen. Beiden Erfor-,dernissen entspricht die Ausnutzung des Gegendruckraumes zugleich als Durchgangsraum für Arbeitsdruckstoffe. Die frei liegenden Flächen des Gegendruckraumes werden bei Dampfmaschinen in bekannter Weisse z. B. durch Mantelheizung geschützt, bei Brennkraftmaschinen .durch Kühlrippen oder Kühlwas:sermäntel wärmeleibend gemacht.In the case of steam engines, it is advantageous to place the cylinder spaces in front of the piston and to protect the lower surfaces of these against heat loss; in internal combustion engines it depends, if possible, through this Surfaces to dissipate heat. The use of the counterpressure space corresponds to both requirements at the same time as a passage space for printing materials. The exposed areas of the counterpressure space are used in steam engines in known white z. B. protected by jacket heating, in internal combustion engines .by cooling fins or cooling water jackets made warming.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. K olbenkraftmaschine mit Ausgleich der Gestängekräfte :durch ,einen mit einem Druckmittel gefüllten Raum; in den sämtliche Arbeitskolben mit ihren Außenseiten eintauchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel fortlaufend den, Gegendruck- und Arbeitsräumen mit der gleichen Spannung zugeführt wird; deren Höhe,der Belastung gemäß geregelt wird. PATENT CLAIMS: i. Piston engine with balancing of the linkage forces : through, a space filled with a pressure medium; in all working pistons immerse with their outsides, characterized in that the working equipment continuously supplied to the counter pressure and work rooms with the same voltage will; the amount of which is regulated according to the load. 2. Kolbenkraftmaschine gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestänge als Biegekörper ausgebildet sind. 2. Piston engine according to Claim i, characterized in that the linkage is designed as a flexible body are. 3. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 'bei Maschinen mit Hoch- und Niederdruckzylindergruppen und .je Gruppe einem besonderen - Gegendruckraum die zum Teil entspannten Gase ;einer höheren Druckstufe durch den Gegendruckraum -der folgenden Druckstufe, wo sie grundsätzlich keinen weiteren Spannungsverlust erleiden, hindurch den Arbeitsräumen dieser Gruppe zugeführt werden. 3. Piston engine according to claim i and 2, characterized in that '' for machines with high and low pressure cylinder groups and a special one for each group - Back pressure chamber the partially relaxed gases; a higher pressure level through the Back pressure chamber - the following pressure level, where there is basically no further loss of voltage suffer, are fed through the work rooms of this group. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, ,daß bei Brennkraftmaschinen die zugeführten Arbeitsdruckstoffe (Ladeluft, Brennstoff-Luft-Gemische) in den Gegendruckräumen auf eine größere Kolbenfläche wirken, als die wesentlich höhere Arbeitsspannung im Brennraum. Piston engine according to claim i to 3, characterized in that in internal combustion engines the supplied working pressure substances (charge air, fuel-air mixtures) in the counter-pressure chambers act on a larger piston area than the much higher working voltage in the combustion chamber. 5. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenflächen im umgekehrten Verhältniswert der auf sie wirkenden Spannungen der Gegenkräfte für den Gestängeausgleich und der höchsten Arbeitskraft stehen, so daß auf die Gestänge nur Zugkräfte übertragen werden. 5. Piston engine according to claim 4, characterized in that the piston areas in the inverse proportion of the stresses acting on them the counterforces for the linkage balance and the highest work force, so that only tensile forces are transmitted to the linkage. 6. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, .daß der ungeteilte Kurbelraum zugleich Gegendruckraum ist. 6. Piston engine according to claims i to 5, characterized in that the undivided crank chamber is at the same time a counter-pressure chamber. 7. Kolbenkraftmaschine nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruckraum zugleich Durchgangsraum für die Druckstoffe ist.7. Piston engine according to claim i to 6, characterized characterized in that the counter-pressure chamber at the same time passage space for the printing materials is.