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Viertaktbrennkraftmaschinenailage.
Die Erfindung betrifft Viertaktbrennkraftmaschinenanlagen jener Art, die mit Gebläsen oder Vorverdichtem arbeiten, die zur Überladung der Verbrennungszylinder sowie zu ihrer Durchspülung
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Erfindung ist sowohl für Anlagen bestimmt, bei denen die Vorverdiehter durch Auspuffturbinen unter Verwertung des Auspuffs der Brennkraftmaschinen angetrieben werden, als auch für Anlagen. bei denen die Vorverdichter auf andere Weise angetrieben werden, indem die Auspuffgase unmittelbar in die Aussenluft, in einen Schalldämpfer od. dgl. strömen.
Bei mit Überladung arbeitenden Viertaktbrennkraftmaschinen liegt die Möglichkeit vor, den schädlichen Raum der Zylinder mit einem Strom frischer Luft durchzuspülen, wenn der Kolben sich in der oberen Totlage befindet, weil nämlich der Druck in der Frischluftzufuhrleitung höher als der Aussendruck ist. Diese Durchspülung kann während des Schlusses des Auspuffhubs und des Anfangs des Saughubs stattfinden, indem diese beiden Hübe gewöhnlich nicht getrennt liegen, sondern übereinander greifen. Die Durchspülung ist aber nicht nur davon abhängig, dass das Auspuffventil erst nach dem Öffnen des Saugventils geschlossen wird, sondern auch davon, dass der Druck in der Frischluftzufuhrleitung in dem betreffenden Zeitraume höher als in der Auspuffleitung ist.
Wenn es sich nun um mehrzylindrige Maschinen jener Art handelt, bei denen mehrere oder sämtliche Zylinder in ein gemeinsames Auspuffsammelrohr ausstossen, ist es nicht immer möglich. die genannte Spülwirkung zu erzielen, indem jedesmal, wenn ein Zylinder auspufft, ein sogenannter Druekballen in der Auspuffleitung entsteht, d. h. es entsteht in dieser eine regelmässig wiederkehrende. recht bedeutende Druckerhöhung, die jedoch verhältnismässig schnell wieder fällt, so dass der Druck im letzten Teile des Auspuffhubs nur einen geringen Überdruck ausmacht.
Eine solche Druckwelle oder ein solcher Druckballen, der am Anfang eines Auspuffhubs eines Zylinders gebildet wird, wirkt in Kraftmaschinen, bei denen eine Anzahl Zylinder in ein gemeinsames Auspuffrohr ausstossen, auf einen oder mehrere andere Zylinder zurück, die eben zu dieser Zeit sowohl Auspuff-als Saugventile offen haben, so dass die Durchspülung der Verbrennungskammer, die sonst hätte stattfinden können, ganz oder teilweise verhindert wird, weil nämlich der Gegendruck im Auspuffrohr bedeutend höher als der Ladedruck ist.
Bei bekannten Brennkraftmasehinenanlagen mit Auspuffturbinen können die Auspuffrohre der verschiedenen Zylinder in Gruppen angeordnet sein, so dass nur die Zylinder, deren Auspuffhübe nicht oder nur in geringem Grade einander übergreifen, in dasselbe Auspuffsammelrol1r auspuffen, und die Gruppierung wird dann so vorgenommen, dass die Zylinder in derselben Gruppe mit gleichgrossen zeitlichen Zwischenräumen auspuffen.
Diese bekannten Anordnungen leiden indessen an dem Mangel, dass man gewöhnlich nur drei
Zylinder auf demselben Auspuffsammelrohr so gruppiert haben kann, dass die Auspuffhübe mit Zwischenräumen zu liegen kommen. Umfasst nämlich eine zu einem gemeinsamen Auspuffsammelrollr auspuffende Gruppe vier Zylinder, so kann der Anfang jedes Auspuffhubes zu einem solchen Zeitpunkt eintreffen, dass die Spülwirkung in einem andern oder etwa in mehreren andern Zylindern. in denen die Ventile für die Durchspülung offen sind, zerstört wird, weil das Auspuffventil gewöhnlich etwas vor der unteren Totlage geöffnet wird. Das genannte Übergreifen zwischen dem Anfang des Auspuffhubs eines Zylinders und der Durchspülung eines andern Zylinders wird noch grösser, wenn mehr als vier Zylinder in dasselbe Auspuffsammelrohr auspuffen müssen.
Eine bessere Durchspiilung wird natürlich erzielt, wenn das Auspuffventil so gesteuert wird, dass es erst in einem entsprechend späteren Zeitpunkte geöffnet wird ; aber ein so spätes Öffnen des Auspuffventils erhöht den Gegendruck während des Auspuffhubes, weshalb man am liebsten eine solche Massnahme vermeidet.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die obenerwähnten Nachteile, die durch die Rückwirkung von den Auspuffsammelrohren während der Spülung entstehen, zu vermeiden. Erfindungsgemäss wird dies durch eine derartige Gruppierung der Zylinder im Verhältnis zu den Auspuffsammelrohren erreicht. dass die Auspuffhfibe zweier oder mehr der in dasselbe Sammelrohr auspuffenden Zylinder so weit übereinandergreifen, dass von diesen Zylindern der am Anfange des Auspuffs aus dem am spätesten auspuffenden Zylinder gebildete Druckballen abgeschlossen ist, bevor die Durchspülung des oder der früher auspuffenden Zylinder anfängt.
Bei der Gruppierung kann man zweckmässig Zylinder, deren Auspuffhiibe mit Zwischenräumen von annähernd 90 anfangen, paarweise in Gruppen sammeln, so dass eine zu einem Sammelrohr aus-
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Erfindungsgemäss kann man ferner mehrere Zylindergruppen, innerhalb deren die Auspuffhübe der einzelnen Zylinder übereinandergreifen, so in dasselbe Sammelrohr ausstossen lassen, dass die gesamten Auspuffzeiten der einzelnen Gruppen nur in geringem Grad oder gar nicht übereinandergreifen, indem im letzteren Falle die Auspuffzeiten entweder mit Zwischenräumen oder ohne solche einander folgen.
Die Anordnung kann auch so getroffen sein, dass eine oder auch mehrere Zylindergruppen sowie ein oder mehrere einzelne Zylinder, deren Auspuffhübe von jenen der Gruppen getrennt erfolgen, in dasselbe Sammelrohr auspuffen. Ferner kann das gegenseitige Übergreifen der Auspuffhübe der einzelnen Zylinder einer in dasselbe Sammelrohr ausstossenden Zylindergruppe zweckmässig ein solches sein, dass der am Anfange des Auspuffs eines der betreffenden Zylinder gebildete Druckballen abgeschlossen ist, ehe der Auspuff des oder der darauf folgenden Zylinder beginnt.
Die Erfindung ist auf der Zeichnung veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 ein Diagramm der Auspuffhübe einer achtzylindrigen Viertaktmaschine, Fig. 2 schematisch die Auspüffe in den einzelnen Auspuffgruppen dieser Maschine, Fig. 3 schematisch die Anordnung der Sammelrohre und die Fig. 4-6 in ähnlicher Weise wie die Fig. 1-3 ein Diagramm und eine schematische Darstellung der Anordnung nach der Erfindung bei einer siebenzylindrigen Viertaktmaschine.
Im Diagramm Fig. 1 sind die einzelnen Auspuffseiten durch schraffierte Flächen im Verhältnis zu Abszissen angegeben, die die Winkeldrehungen der Kurbel zeigen. Die Zahlen I-V11I bezeichnen die einzelnen Zylinder, und wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Zündfolge der Maschine 1, 4, 7,3, 8, 5,2, 6. Betrachtet man den Auspuff des Zylinders 1, so sieht man, dass das Auspuffventil etwa 40 vor der
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folgenden oberen Totlage.
Der durch eine einfache Schraffierung bezeichnete Teil der die Auspuffseite angebenden Fläche entspricht dem ersten Teil des Auspuffs, wo nur das Auspuffventil offen ist, während der durch eine doppelte Schraffierung bezeichnete Teil dem letzten Teil des Auspuffs entspricht, wo auch das Saugventil offen ist, d. h. dem Zeitraume, wo eine Durehspülung des Zylinders stattfinden kann.
So wie die Aus puffzeiten der verschiedenen Zylinder im Verhältnis zueinander liegen, kann man
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1I und VI zusammen paaren, und es erweist sich als möglich, die Zylinderpaare I, IV und VIII, V auf demselben Auspuffsammelrohr und ebenso die Zylinderpaare VII, 111 und 11, VI auf einem andern zu gruppieren, so dass die aehtzylindrige Maschine zwei Auspuffsammelrohre erhält. Die durch die angegebene Anordnung erfindungsgemäss erzielte technische Wirkung erhellt aus der in Fig. 2 gegebenen Darstellung des Druckverlaufs in den mit A und B bezeichneten Auspuffrohre.
Am Anfange des Auspuffhubs eines Zylinders findet im Auspuffrohr eine ziemlich starke Drucksteigung statt, die aber verhältnismässig schnell wieder fällt, so dass der Druck im letzten Teile des Auspuffhubs nur einen geringen Überdruck ausmacht, der jedenfalls wesentlich kleiner als der Gebläsedruck ist, so dass eine Durehspülung stattfinden kann. Die Drucksteigung beim Auspuff kann als ein Druck- ballen oder Druckwellenteil bezeichnet werden, dessen Länge in Gradanzahl der Umdrehung der Kurbel berechnet gewöhnlich um 700 herum liegt, und dieser Druckballen pflanzt sich durch die Auspuffleitung hinaus.
Aus dem die Verhältnisse im Auspuffsammelrohr A darstellenden oberen Teil der Fig. 2 geht hervor, dass der Anfang des Auspuffs im Zylinder IV, der schematisch durch eine halbkreisförmige Kurve dargestellt ist, 900 nach dem Anfang des Auspuffs im Zylinder I eintritt. Ferner sieht man, dass der sich über etwa 700 erstreckende Auspuffdruckballen des Zylinders IV abgeschlossen ist, d. h. dass der Druck auf eine geringe Höhe gefallen ist, ehe die ganze Auspuffzeit des Zylinders abgelaufen ist, u. zw. gerade vor dem Anfang der Durchspülung des Zylinders 1. Diese ist unterhalb der Abszisse, von der aus die Auspuffdruckordinaten abgesetzt sind, angegeben und mit S1 bezeichnet.
Die Spülung im Zylinder 7 wird also nicht von dem vom Anfang des Auspuffs im Zylinder IV herrührenden Druckballen gestört, indem dieser gerade gleichzeitig mit dem Öffnen des Einlassventils im Zylinder 1 abgeschlossen ist. In entsprechender Weise wie für den Zylinder 1 sind die Durchspülzeiten der übrigen Zylinder durch Sir, ' 'tIm usw. angegeben.
Was den Zylinder IV betrifft, so liegt überhaupt kein störender Einfluss auf die Durchspülung vor, indem die Zylinder, deren Auspuff mit dem letzten Teile des Auspuffs des Zylinders IV zusammenfällt, nämlich die Zylinder VII und 111, in das andere Sammelrohr B auspuffen, während der Auspuff der Zylinder VIII und V erst nach dem Abschluss des Auspuffs im Zylinder IV anfängt.
Für die Zylinder VIII und V liegt das Verhältnis so wie für die Zylinder 7 und IV und die gesamten Auspuffzeiten der beiden Zylinderpaare können ganz innerhalb vier Takten, d. h. innerhalb
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Teile der Fig. 2 hervor, dass die Zylinder VII, 111, 11 und. VI in dasselbe gemeinsame Sammelrohr B auspuffen können.
Fig. 3 zeigt schematisch die Zylinder I-VIll mit den von ihnen ausgehenden Auspuffrohren und den beiden Auspuffsammelrohren A, B.
Fig. 4 zeigt in analoger Weise wie Fig. 1 in Diagrammform eine Übersicht über die Auspuff der einzelnen Zylinder 1--77l einer siebenzylindrigen Viertaktbrennkraftmaschine mit der Zündfolge 1, ',
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Spülung des Zylinders III störend einwirken kann.
In ganz entsprechender Weise sind die Zylinder V, VII und II im Verhältnis zum Auspuffsammelrohr B gruppiert, während der Zylinder I wie gesagt allein in das Rohr C auspufft.
Wie aus den gezeigten Beispielen hervorgeht, ist die gegenseitige tbergreifung der Auspuff-
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dienen, und bei denen die Auspuffgase von den Zylindern nach Auspuff sammelrohren geleitet werden. die für mehrere Zylinder gemeinsam sein können, gekennzeichnet durch eine solche Gruppierung der Zylinder im Verhältnis zu den Auspuffsammelrohren, dass die Auspuffhübe zweier oder mehrerer in dasselbe Sammelrohr auspuffender Zylinder soweit übereinandergreifen, dass von diesen Zylindern der am Anfange des Auspuffs des am spätesten auspuffenden Zylinders gebildete Druckbalken abgeschlossen ist, bevor die Durchspülung des oder der früher auspuffenden Zylinder anfängt.