DE1068508B

DE1068508B - Air inlet and outlet control for free piston compressors

Info

Publication number: DE1068508B
Application number: DENDAT1068508D
Authority: DE
Inventors: Wackersberg bei Bad ToIz Dr.-Ing. Johann Endres
Original assignee: Messerschmitt AG
Current assignee: Messerschmitt AG
Publication date: 1959-11-05

Description

Lufteinlaß- und -auslaß-Steuerung für Freikolben-Kompressoren In der Hauptpatentanmeldung E 11368 I a/ 46 a 4 ist ein Hochleistungs-Freikolben-Kompressor unter S chutz gestellt, bei dem in an sich bei Taumelscheibenmaschinen bekannter Weise mehrere gegenläufige Freikolbeninotoren mit achsparalleler Zylinderanordnung konzentrisch um einen Freikolben-Kompressor angeordnet sind, wobei sowohl die Freikolbenmotoren wie auch der Freikolben-Kompressor doppeltwirkend ausgebildet sind, und wobei die Motorkolben mittels radialer Kupplurngselementemit denVerdichterkolbenverbunden sind.Air inlet and outlet control for free piston compressors In the Main patent application E 11368 I a / 46 a 4 is a high-performance free piston compressor placed under protection, which is known per se in swashplate machines Way several counter-rotating free piston engines with axially parallel cylinder arrangement are arranged concentrically around a free-piston compressor, both the free-piston engines as well as the free piston compressor are designed to be double-acting, and where the Motor pistons connected to the compressor pistons by means of radial coupling elements are.

Dieser Hochleistungs-Freikolben-Kompressor besitzt eine hohe Leistungskonzentration auf Grund neuartiger Konstruktionsgrundlagen, die große Luftdurchsätze ermöglichen, die bei den heutigen bekannten Bauarten nicht erreicht werden.This high-performance free-piston compressor has a high concentration of power due to new design principles that enable large air throughputs, which cannot be achieved with today's known designs.

In Weiterentwicklung der neuartigen Grundlagen des Hauptpatentes schafft die vorliegende Erfindung zweckentsprechende konstruktive Voraussetzungen für die Lufteinlaß- und -auslaßorgane, um große Luftmengen durch den Freikolben-Kompressor zu leiten und zu steuern. Die heute bekannten Ausführungsformen der Lufteinlaß- und -auslaß-Steuerungen gehtügen nicht mehr den Ansprüchen bei Hochleistungs-Freikolben-Kompressoren.In further development of the new basis of the main patent creates the present invention appropriate design requirements for the Air inlet and outlet organs to allow large amounts of air to pass through the free piston compressor to direct and control. The currently known embodiments of the air inlet and outlet controls no longer meet the requirements of high-performance free-piston compressors.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß einem durch zwei Kolbenböden mit kraftschlüssiger Verbindung gebildeten, doppelt beaufschlagten Kom-Pressorkolben mit innerem Hohlraum Ansaugluft in an sich bei Brennkraftmaschinen bekannter Weise durch lm Kompressorzylinder angeordnete Längsschlitze zueführt und durch in den Kolbenböden angeordnete Lufteinlaß-Steuervorrichtungen in die Kompressionszylinderräume eingesteuert wird, wobei die Längsschlitze in der Zylinderwand als Führungsbahnen für die zwischen Motorkolben und Verdichterkolben angeordneten radialen Kupplungselemente ausgebildet sind.The invention is characterized in that one by two piston heads Double pressurized Kom presser piston formed with a force-fit connection with inner cavity intake air in a manner known per se in internal combustion engines fed through longitudinal slots arranged in the compressor cylinder and through into the Piston heads arranged air inlet control devices in the compression cylinder spaces is controlled, the longitudinal slots in the cylinder wall as guide tracks for the radial coupling elements arranged between the engine piston and the compressor piston are trained.

Die Erfindung verwendet an sich bei Freiflugkolbenmaschinen bereits bekannt gewordene Schleppventile in der Weise, daß die beiden in den Kolbenböden angeordnetenLufteinlaß-Steuervorrichtungen (Ventilteller) kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die Steuerquerschnitte der beiden Steuervorrichtungen abwechselnd während des Saughubes bzw. Verdichterhubes geöffnet oder geschlossen sind, wobei die Ventilstange durch je ein in den Kolbenböden angeordnetes Lager geführt wird.The invention is already used per se in free-flight piston engines known tow valves in such a way that the two in the piston heads arranged air inlet control devices (valve disc) frictionally with one another are connected, the control cross sections of the two control devices alternating are open or closed during the suction stroke or compressor stroke, wherein the valve rod is guided through a bearing arranged in each of the piston heads.

Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die in den Kolbenböden angeordneten Steuervorrichtungen als ein- oder mehrteilige Ringmembranen ausgebildet sind.According to the invention it can be provided that in the piston crowns arranged control devices designed as one-part or multi-part annular diaphragms are.

Ferner schlägt die Erfindung vor, daß in den Zylinderköpfen Druckluft-Auslaßorgane angeordnet und diese als zentrische Ringmembranen ausgebildet sind. Hierbei können die Ringmembranen mit oder ohne Axialspiel angeordnet sein.Furthermore, the invention proposes that compressed air outlet organs in the cylinder heads arranged and these are designed as central annular diaphragms. Here you can the annular diaphragms can be arranged with or without axial play.

Weiterhin können die Ringmembranen auf radial angeordneten Rippen im Kolbenboden und im Zylinderkopf abgestützt sein.Furthermore, the annular diaphragms can be placed on radially arranged ribs be supported in the piston crown and in the cylinder head.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, es sind lediglich die zum Verständnis des Erfindungsgedankens erforderlichen technischen Merkmale dargestellt.An example of the invention is shown in the drawing. The invention is not limited to this example, they are just those for understanding of the inventive concept required technical features shown.

Fig. 1 zeigt die Lufteinlaß-Steuerung im Kolben, die Einlaßschlitze in der Zylinderwand und die Druckluft-Auslaß-Steuerung im Zylinderkopf.Fig. 1 shows the air inlet control in the piston, the inlet slots in the cylinder wall and the compressed air outlet control in the cylinder head.

Fig.2 zeigt die Lufteinlaß-Steuerung und die Druckluft-Auslaß-Steuerung im Zylinderkopf bei Ausbildung als Ringmembranen.Fig. 2 shows the air inlet control and the compressed air outlet control in the cylinder head when trained as annular diaphragms.

Durch die Lufteinlaßschlitze a in der Zylinderwand b 1, b 2 und die Lufteinlaßschlitze c in der Kolbenwand d der Fig. 1 tritt Ansaugluft in den durch die beiden kraftschlüssig verbundenen. Kolbenböden e 1 und e2 gebildeten Hohlraum f und abwechselnd durch die Ringquerschnitte g 1 und j 2 der Einläß-Steuerung mit den durch die Stange lt verbundenen beiden Ventilkörpern i 1 und i 2 in die Zylinderräume j 1 und j2, wo die Ansaugluft verdichtet und als Druckluft durch die Ringquerschnitte k 1 und h 2 der Tellerventile f i und 12 in den Zylinderköpfen m1 und m2 ausgestoßen bzw. weitergeleitet wird. Durch die radialen Kupplungselemente n wird der Verdichterkolben von den außenliegenden Freikolbenmotoren angetrieben.Through the air inlet slots a in the cylinder wall b 1, b 2 and the air inlet slots c in the piston wall d of FIG. 1, intake air enters the force-locking connected by the two. Piston heads e 1 and e2 formed cavity f and alternately through the ring cross-sections g 1 and j 2 of the inlet control with the two valve bodies i 1 and i 2 connected by the rod lt into the cylinder spaces j 1 and j2, where the intake air is compressed and as Compressed air is ejected or passed on through the ring cross-sections k 1 and h 2 of the poppet valves fi and 12 in the cylinder heads m1 and m2. The compressor piston is driven by the external free-piston motors through the radial coupling elements n.

In Fig. 2 ist der Aufbau grundsätzlich derselbe wie in Fig. 1, nur sind die Tellerventile durch Lufteinlaß-Ringmembranen o 1 und o 2 im Kolben und Druckluftauslaß-Ringmembranenpl und p2 in den Zylinderköpfen ersetzt. Die Ringmembranen sind auf radialen Rippen iri Kolbenboden bzw. im Zylinderkopfdeckel zur Vefmeidung der Durchbiegung der Membranen abgestützt.In Fig. 2 the structure is basically the same as in Fig. 1, only are the poppet valves through air inlet ring diaphragms o 1 and o 2 in the piston and Compressed air outlet ring diaphragms pl and p2 in the cylinder heads replaced. the Ring diaphragms are on radial ribs in the piston crown or in the cylinder head cover supported to avoid the deflection of the membranes.

Die Anordnung von Tellerventilen bzw. Ringmembranen in den Kolbenböden und Zylinderköpfenermöglicht die Freigabe großer Durchströmquerschnitte, die für große Lttftdurchsätze erforderlich sind.The arrangement of poppet valves or ring diaphragms in the piston crowns and cylinder heads enables the release of large flow cross-sections, which for large air throughputs are required.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß jeweils eineinziges Steuerelement zur Schaffung der großen Durchströmquerschnitte erforderlich ist, und daß die Ein- und Ausströmung der Luft durch die Steuerquerschnitte in axialer Richtung erfolgt.Another advantage of the invention is that each one Control element is required to create the large flow cross-sections, and that the inflow and outflow of air through the control cross-sections in an axial direction Direction takes place.

` Die Betätigung der Lufteinlaß-Steuerorgane erfolgt im Gegensatz zu den üblichen im Zylinderkopf angeordneten Einlaßventilen nicht allein durch Differenzdruckbildung, sondern durch die Beschleunigungskräfte der Kolbenumkehr in den Totpunktlagen, wodurch die Öffnung und Schließung der Steuerquerschnitte besonders wirksam erfolgt und hohe Förderwirkungsgrade des Verdichters erreicht werden.`The actuation of the air inlet controls takes place in contrast to the usual inlet valves arranged in the cylinder head not only through differential pressure formation, but by the acceleration forces of the piston reversal in the dead center positions, whereby the opening and closing of the control cross-sections is particularly effective and high compressor delivery efficiencies can be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Air inlet and outlet control for high-performance free-piston compressors, in which several counter-rotating free-piston engines with an axially parallel cylinder arrangement are arranged concentrically around a free-piston compressor, with both the free-piston engines and the three-piston compressor being designed to be double-acting by means of radial pistons Coupling elements are connected to the compressor piston, according to patent application E 11368 I aj46a4, characterized in that a double-acted compressor piston formed by two piston heads with a non-positive connection and with an inner cavity intake air is supplied in a manner known per se in internal combustion engines through longitudinal slots arranged in the compressor cylinder and through Air inlet control devices arranged in the piston crowns are controlled into the compression cylinder spaces, the longitudinal slots in the cylinder wall serving as guide tracks for the between the engine piston and Verdi Chterkolben arranged radial coupling elements are formed.

2. Air inlet and outlet control according to claim 1, characterized in that that the two are arranged in the piston heads as per se known drag valves Air inlet control devices (valve disc) connected to one another in a non-positive manner are, the control cross-sections of the two control devices alternately during of the suction stroke or compressor stroke are open or closed, the valve rod is guided by a bearing arranged in each of the piston crowns.

3. Air intake and outlet control according to claim 1 or claims 1 and 2, characterized in that that the control devices arranged in the piston heads are one-part or multi-part Annular diaphragms are formed.

4. Air inlet and outlet control after one or more of claims 1 to 3, characterized in that in the cylinder heads Compressed air outlet organs are arranged and these are designed as central annular diaphragms are.

5. Air inlet and outlet control according to one or more of the claims 1 to 3, characterized in that the annular diaphragms according to claim 4 with or are arranged without axial play.

6. Air inlet and outlet control according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the annular diaphragms according to claim 4 and 5 are supported on radially arranged ribs in the piston head and in the cylinder head. Considered publications German Patent No. 835 813; U.S. Patent \ r. 1658 698.