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AuspuM :anordnung filr BreimkraftMUtschmen.
Die Erfindung betrifft eine Auspuffanordnung für Brennkraftmaschinen jener Art, bei denen die verbrannten Gase aus dem Zylinder durch z. B. im Kurbelgehäuse verdichtete Luft oder in einem Kessel befindliche Druckluft ausgetrieben werden, welche Anordnung ein Auspuffrohr und erforderlichenfalls einen in dieses eingeschalteten Auspufftopf enthält.
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mit einem Auspufftopf versehen ist. In Maschinen dieser Art werden die Verbrennungsgase bekanntlich in den Auspufftopf nach Freiwerden von Auspufföffnungen getrieben, die in der Zylinderwand vorgesehen sind und durch den Arbeitskolben freigelegt werden. Diese Gase gehen dann aus dem Auspufftopf in das Auspuffrohr und aus diesem in die Aussenluft.
Unmittelbar nachdem die Verbrennungsgase in den Auspufftopf eingeströmt sind und während die Auspufföffnungen noch freigelegt sind, soll der Arbeitszylinder mit Frischluft für die nächste Ladung gefüllt werden. Aus diesem Grunde ist es von grosser Wichtigkeit, dass die Verbrennungsgase derart vollständig aus dem Zylinder ausgetrieben werden, dass das Laden des Zylinders mit ganz reiner Frischluft möglich ist und dass die Menge der für die nächste Ladung erforderlichen Luft in den Zylinder innerhalb der kurzen Zeit eintreten kann.
Bei den bis jetzt bekannten Auspufftöpfen treten jedoch wesentliche Luftwirbel auf, die im allgemeinen hervorgerufen werden einesteils durch Verdichtung der Verbrennungsgase, wodurch diese in den Auspufftopf zurück- kehren, oder durch Schwingungen, die in den Auspuffgasen auftreten, wenn sie die Wandungen des Auspufftopfes streifen oder durch ähnliche Schwingungen, die eintreten, sobald die Verbrennungsgase aus dem Auspuffrohr entwichen sind.
Der Zweck der Erfindung ist, zu verhindern, dass ein solches Zurückkehren der Verbrennungsgase nach dem Auspufftopf während der Zeit, da die Öffnungen des Arbeitszylinders durch den Kolben freigelegt sind, erfolgt, und ferner die Energie dieser Gase, die aus dem Auspufftopf ausströmen, zu benutzen, um die Spülluft in den Arbeitszylinder hineinzusaugen. Die Energie der Verbrennungsgase, die aus dem Auspufftopf austreten, wird erfindungsgemäss derart ausgenutzt, dass der Druck in dem Auspufftopf wesentlich vermindert wird und sogar in einen Unterdruck verwandelt wird, u. zw. dann, wenn der Auspufftopf sich in Verbindung mit dem Arbeitszylinder befindet.
Infolge des Umstandes, dass der Arbeitszylinder während des grössten Teiles der Zeit, während der er mit dem Auspufftopf in Verbindung steht, auch mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, haben die Verbrennungsgase Gelegenheit, durch die Zutrittsventile in dem Kurbelgehäuse in dieses und in den Zylinder Frischluft zu saugen.
Der genannte Zweck wird dadurch erreicht, dass man ein Zusatz-oder Zweigrohr oder einen Kanal oder mehrere Zweigrohre oder Kanäle mit einem Ende an das System zur Beseitigung der Verbrennungsgase anschliesst und mit dem andern Ende mit der Aussenluft in Verbindung setzt.
Die Zeichnungen veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. 1 zeigt die Erfindung in Anwendung auf einen Auspufftopf einer Zweitaktmasehine mit Zundkopf im lotrechten Schnitt, Fig. 2 ist die Seitenansicht des Auspufftopfes ; Fig. 3 zeigt in Seitenansicht einen Auspufftopf, der mit Anordnungen für eine vollständige Ausspülung des Arbeitszylinders gemäss einer zweiten Aus- führungsform der Erfindung vorgesehen ist ; die Fig. 4-7 zeigen Druckdiagramme.
Die Zweitaktmaschine nach Fig. 1 ist von gewöhnlicher Bauart. 1 ist der Arbeitszylinder mit dem Kolben 2, der mit der Kurbel 4 der Welle durch die Schubstange 3 verbunden ist. 5 sind
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Die Maschine arbeitet in üblicher Weise. Während sich der Kolben 2 aufwärts bewegt, wird Luft in das Kurbelgehäuse 6 durch die Ventile 5 eingesaugt und diese Luft wird dann bei dem nachfolgenden Abwärts-oder Arbeitshub des Kolbens 2 zusammengepresst. Wenn sich der Kolben seiner untersten Lage nähert, macht er die Öffnungen 8 und 9 frei, wodurch die verdichtete Luft aus dem Kurbelgehäuse in den Zylinder eintritt, die Verbrennungsgase durch die Öffnung 9 austreibt und gleichzeitig den Zylinder mit Frischluft füllt. Diese im Zylinder eingeschlossene Luft wird dann beim nächsten Aufwärtshub des Kolbens verdichtet, worauf der Brennstoff, der in den Zylinder in fein verteiltem Zustande eingespritzt wird, verdampft und durch die Wärme der Verdichtung sowie des Zündkopfes-M entzündet wird und der Arbeitshub erfolgt.
Ein Auspuffbehälter 11 steht mit der Öffnung 9 in Verbindung und besteht in bekannter Weise aus einem zylindrischen Kessel, in den die Verbrennungsgase aus dem Zylinder in im wesentlichen tangentialer Richtung eintreten. Ein Rohr 12 (Fig. 2) erstreckt sich von der einen Stirnwand des Auspufftopfes aus und ist bestimmt, die Verbrennungsgase nach derAussenluftzuführen. NachFig. 8 ist erfindunggemäss ein zusätzliches Rohr 13 mit dem Auspuffrohr 12 verbunden. Versuche haben nun gezeigt, dass durch entsprechende Auswahl der Rohre 12 und 13 das Ausspülen des Arbeitszylinders und das Laden desselben mit Frischluft verbessert wird, wozu wesentlich das zusätzliche Rohr 13 beiträgt. Diese Verbesserung ist aus den Diagrammen nach den Fig. 4-7 ersichtlich.
Die Diagramme nach den Fig. 4 und 5 sind mit einer Maschine aufgenommen, deren Auspufftopf mit dem gewöhnlichen Auspuffrohr versehen war. Fig. 4 zeigt die Änderungen des Druckes in dem Auspufftopf und Fig. 5 zeigt diese Änderungen in dem Kurbelgehäuse. Die Abstände 8 und 9 stellen die Zeitperioden dar, während denen die Öffnungen 8 und 9 (Fig. 1) geöffnet sind. Aus diesen Diagrammen ist ersichtlich, dass bei dem Freiwerden der Öffnung 9 der Druck in dem Auspufftopf 11 rasch ansteigt und dann, jedoch nicht sofort, bis zu der Linie des Atmosphärendruckes sinkt. Jedoch besteht noch in dem Auspufftopf ein gewisser Druck bis zu dem Punkte a, somit im vorliegenden Falle während der ganzen Zeit, während welcher die Öffnung 9 freigelegt ist.
Gemäss dem Diagramm nach Fig. 5 für das Kurbelgehäuse sinkt der Druck in diesem Gehäuse bis auf den Atmosphärendruck erst beim Punkte b, u. zw. deshalb, weil im Auspufftopfe gleichzeitig ein Überdruck vorhanden ist. Der Druck in dem Auspufftopf bedeutet in Wirklichkeit, dass nicht sämtliche Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinder ausgetrieben worden sind. Durch den Restdruck im Kurbelgehäuse wird eine Verminderung der Leistung der Spülpumpe bewirkt, u. zw. deshalb, weil der Kolben 2 die Frischluft erst von dem Punkte b an anzusaugen beginnt.
Wesentlich bessere Ergebnisse erhält man, wenn man erfindungsgemäss das zusätzliche Rohr 13 vorsieht, wie dies aus den Druckdiagrammen für den Auspufftopf nach Fig. 6 und für das Kurbelgehäuse nach Fig. 7 ersichtlich ist. Diese Diagramme wurden an derselben Maschine und mit demselben Auspufftopf aufgenommen, wie jene nach den Fig. 4,5, nachdem jedoch das Rohr 12 mit dem zusätzlichen Rohr. M versehen wurde. Auch in diesen Figuren stellen 8 und 9 die Zeitperioden dar, während derer die Öffnungen 8 und 9geöffnet stehen. Der Druck im Auspufftopf (Fig. 6) sinkt unter die Atmosphärendrucklinie unmittelbar nach dem Entweichen der Verbrennungsgase aus dem Topf, und ein gewisser Unterdruck entsteht im Auspufftopf so lange, als die Öffnung 9 freigelegt ist.
Dies hat zur Folge, dass der Druck im Kurbelgehäuse 6 rasch unter die Atmosphärendrucklinie sinkt (Fig. 7), so dass im Kurbelgehäuse unmittelbar nach dem Ausspülen Unterdruck geschaffen wird, wodurch die Luftventile 5 sofort geöffnet werden und Frischluft in das Kurbelgehäuse gesaugt wird. Diese Saugwirkung wird dann durch den Arbeitskolben fortgesetzt, wodurch der ganze Hub des Kolbens ausgenutzt wird. Der Unterdruck im Auspufftopf hat ferner die Wirkung, dass die Verbrennungsgase, die noch im Arbeitszylinder geblieben sind, herausgesaugt werden, was das Laden des Arbeitszylinders mit Frischluft aus dem Kurbelgehäuse unterstützt.
Der Auspufftopf 11 nach Fig. 3 ist mit dem Arbeitszylinder durch das Rohr 18 verbunden. 12 ist wieder das Auspuffrohr. Das zusätzliche Rohr 19 ist bei dieser Ausführungsform in einer Bodenwandung : 20 des Auspufftopfes dicht befestigt. Dieses Rohr mündet oben in den Auspufftopf und unten in eine Kammer 21, die durch Öffnungen 22 mit der Aussenluft in Verbindung steht. In dem Rohr 19 ist eine Klappe 23 vorgesehen, die durch den Handgriff 24 zu betätigen ist.
Da die beschriebenen Ausführungsformen in ähnlicher Weise wirksam sind, genügt die Erklärung der Arbeitsweise des Auspufftopfes nach Fig. 2, um die Erfindung zu erläutern.
Die Ursachen der besseren Wirkung, die durch das Zusatzrohr 18 erzielt wird, dürften vor allem im folgenden liegen : Infolge des Zweigrohres 13 und der von diesem aus den unten erwähnten Gründen verursachten ununterbrochenen Strömung durch das Auspuffrohr 12 können die Auspuffgase den Auspufftopf bei jedem Gaspuff leichter verlassen, wodurch an der Aussenseite der Auspufföffnung 9 unmittelbar ein Unterdruck entsteht, gerade während die Öffnungen 8 und 9 von dem Kolben 2 freigelegt sind. Der Unterdruck übt wieder eine Saugwirkung auf die noch in dem Kurbelgehäuse 6 befindliche Spülluft aus, so dass das Gehäuse vollständig entleert, in ihm ein Unterdruck erreicht wird und Frischluft in das Gehäuse durch seine Ventile' eingesaugt wird.
Nach dem Gaspuff zeigen die Auspuffgase in dem Zweigrohr 1 3.
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druck herrscht, auszufüllen, was jedoch infolge der Trägheit der Gase und des durch das Rohr verursachten Widerstandes eine gewisse Zeit erfordert, so dass der Unterdruck aufrechterhalten bleibt, während die Öffnungen freigelegt sind. Während des Zeitraumes, in dem die Ausspülung des Zylinders bewerkstelligt werden muss, herrscht demnach tatsächlich ausserhalb der Öffnung 9 ein Unterdruck, durch den eine wirksame Spülung des Zylinders und ein höherer Nutzeffekt erzielt wird.
Nach Aufhebung des Unterdruckes und Schliessen der Öffnungen geht eine Strömung von dem Zweigrohr 13 zu dem äusseren Teil des Auspuffrohres 12 vor sich, wobei Aussenluft in das Zweigrohr übergeht, so dass die in dem Auspuffrohr enthaltenen Gase, von ihrer lebendigen Kraft beeinflusst, ihren Weg nach aussen fortsetzen können. Dies hat wieder zur Folge, dass der nächste Gaspuff leichter vor sich gehen kann und die Bildung des nächsten Unterdruckes ausserhalb der Öffnung 9 begünstigt wird. Von der Länge und dem Inhalt des Zweigrohres 13 ist es sonach abhängig, bis zu welchem Grad der Unterdruck getrieben und aufrechterhalten werden kann.
Da, wie bereits ausgeführt wurde, die Abmessungen des Rohres 13 so gewählt werden können, dass aus diesem kein Teil oder nur ein unbedeutender Teil der in das Rohr einströmenden Verbrennungsgase entweicht, obwohl dessen Länge in gewissen Fällen nur ein Zehntel der Länge des Auspuffrohres beträgt, kann das Rohr 1. vorteilhafterweise in den Masehinenraum mit oder ohne einen Dämpfer für die Gaspüffe enden. Der Widerstand eines verhältnismässig langen Auspuffrohres ist vollständig entfernt und das mit dem Zusatzrohr versehene Auspuffsystem arbeitet in wirksamer Weise, wobei auch die Bildung von schädlichen Schwingungen verhindert wird. Durch die Anordnung gemäss der Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass der Druck im Auspufftopf wesentlich geringer wird als in dem Falle, wenn das Auspuffrohr 12 allein vorgesehen wäre.
Der Unterdruck ist aber, wie auf Grund der Diagramme in den Fig. 4-7 gezeigt ist, ausserordentlich wesentlich für eine wirksame Spülung des Arbeitszylinders.
Da bei der Ausführung nach Fig. 3 bei jedem Puff aus dem Arbeitszylinder die Luft in dem Rohr 19 bis zu einem gewissen Grade nach unten zurückgedrängt wird und infolgedessen zum Teil durch das freie Ende des Rohres 19 entweicht, werden hier Stösse hervorgerufen. Um diese Stösse zu mildern, ist die als Dämpfer wirkende Kammer 21 am Bodenteil des Auspufftopfes vorgesehen. Da die Gaspüffe beim Anlassen der Maschine die Neigung haben, durch das Rohr 19 hindurchzutreten, wird dieses Rohr 19 mit einer Drosselklappe 23 versehen, die das Rohr während des Anlassens der Maschine schliesst. Während der Zeit, da diese Klappe geschlossen ist, ist das Ausfegen des Arbeitszylinders nicht so wichtig, und ebenso ist der Zutritt von Frischluft zu dem Arbeitszylinder geringer, weil die Maschine mit sehr geringer Belastung läuft.
Versuche haben gezeigt, dass das zusätzliche Rohr oder die Rohre mit denselben günstigen Ergebnissen irgendwo in dem System vorgesehen sein können ; so z. B. kann das zusätzliche Rohr sich von der Seitenwand des Auspufftopfes erstrecken, u. zw. entweder einwärts oder auswärts oder zum Teil einwärts und zum Teil auswärts, wie dies in strichpunktierten Linien bei 26 (Fig. 2) dargestellt ist. Ferner kann das zusätzliche Rohr von dem Verbindungskanal ausgehen, der den Arbeitszylinder mit dem Auspufftopf 11 verbindet, wie strichpunktiert bei 27 (Fig. 1) angedeutet ist.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, ist der Hauptzweck der Erfindung die Bildung eines Unterdruekes ausserhalb der Auspufföffnung des Arbeitszylinders. Dieser Unterdruck dauert mindestens während der ganzen Zeit an, während der diese Auspufföffnung freigelegt ist, damit auf diese Weise eine wirksame Spülung des Arbeitszylinders bewirkt werden kann. Somit kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wenn man das Auspuffrohr, das mit dem zusätzlichen Rohr versehen ist, unmittelbar mit der Auspufföffnung des Arbeitszylinders verbindet, mit ändern Worten, den Auspufftopf weglässt.
Aus praktischen Gründen ist es jedoch empfehlenswert, die Verbrennungsgase sich zunächst in dem Auspufftopf ausdehnen zu lassen.
Die Erfindung kann auch bei Maschinen anderer Arten als solche mit Zündkopf und auf andere Auspufftöpfe als die dargestellten angewendet werden. Statt eines zusätzlichen Rohres können zwei oder mehrere zusätzliche Rohre verwendet werden, deren Länge, Lage, Richtung usw. nach Versuchen zweckentsprechend ausgebildet sein können. Die zusätzlichen Rohre nach Fig. 2 stehen mit der Aussenluft in Verbindung : sie können jedoch zu einem nicht dargestellten offenen Behälter führen, der die Stösse milder, die bei dem Rückstoss der Luft in dem Zusatzrohr bei jedem Auspuff aus dem Arbeitszylinder entstehen. Im vorstehenden wurden die Gasströme von den Luftströmen unterschieden ; in gewissen Fällen wird jedoch ein Gemisch von Gas und Luft darunter verstanden.
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