AT157878B

AT157878B - Verfahren und Vorrichtung zum Auswerten der Energie des Auspuffes von Brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: AT157878B
Authority: AT
Inventors: Michel Kadenacy
Original assignee: Michel Kadenacy
Priority date: 1935-02-11
Filing date: 1936-02-11
Publication date: 1940-02-10

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Auswerten der Energie des Auspuffes von Brennkraft- masehinen.

Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen, bei denen mindestens ein wesentlicher Teil der Verbrennungsgase den Zylinder mit einer bedeutend höheren als der adiabatisehen Geschwindigkeit und in einem derart kurzen Zeitraum verlässt, dass er in Form einer einen Unterdruck zurücklassenden Gasmasse austritt.

Nach der Freigabe der Auspufföffnung verlassen die Verbrennungsgase den Zylinder nicht sofort, sondern bleiben zunächst noch in Ruhe ; erst nach Ablauf dieser Verzögerungsperiode verlassen die Verbrennungsgase den Zylinder mit einer wesentlich höheren als der adiabatischen Geschwindigkeit und in Form einer Gasmasse, die dem Gesetz über den Rückprall entspricht. Hierauf kehrt sich die Bewegungsriehtung der Verbrennungsgase um und bei ihrem Wiedereintritt in den Zylinder zerstören sie den in letzterem vorhandenen Unterdruck.

Es entsteht somit bei jedem Auspuff infolge des Massenaustrittes der Verbrennungsgase in der Auspuffleitung eine Druckperiode ; auf diese folgt eine Unterdruekperiode und hierauf infolge der Rückkehr der Verbrennungsgase eine zweite Druckperiode.

Der hinter der Auspuffgasmasse vorhandene Unterdruck herrscht nicht nur im Zylinder, sondern auch in der Auspuffleitung, u. zw. in einem Raum, dessen Rauminhalt ein Vielfaches des Rauminhaltes des Zylinders betragen kann.

Es wurde bereits vorgesehlagen, diesen Unterdruck zum Einbringen der neuen Ladung in den Zylinder durch die Haupteinlasskanäle auszunutzen ; diese Ladung kann jedoch den ganzen im Zylinder und in der Auspuffleitung durch die austretenden Gase entstehenden leeren Raum nicht ausfüllen, da dies von der Lage, Querschnitt und Form der Einlassöffnungen abhängt.

Befindet sich in der Auspuffleitung knapp beim Zylinder eine Öffnung, die mit der Aussenluft
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das gasförmige Mittel in die Kammer gesaugt und, wenn erwünscht, in einen Behälter gefördert und dort unter Druck gespeichert werden, so dass es dann für die Maschine oder für irgendeinen ändern Zweck entnommen werden kann. Überdies kann der durch die austretende Verbrennnngsgasmasse im Zylinder hervorgerufene Unterdruck noch zum Einbringen einer Frischladung durch die Haupteinlasskanäle ausgenutzt werden.

Die Erfindung besteht sohin darin, dass die durch den Massenaustritt der Verbrennungsgase aus dem Zylinder im Auspuffkanal einer Maschine der beschriebenen Arf erzeugten Unterdruck- und
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Um eine gute Förderwirkung zu erzielen, muss das natürliche Bestreben der Verbrennungsgase, als Masse den Zylinder zu verlassen, möglichst erleichtert werden, d. h. der den austretenden Verbrennungsgasen zur Verfügung stehende Querschnitt soll so gross als möglich und der Zeitraum, innerhalb welchem der Querschnitt für den Austritt der Verbrennungsgase freigegeben wird, so kurz als möglich bemessen sein.

Die Auspuffleitung soll eine derartige Gestaltung aufweisen, dass sie die Auswertung der in Betracht kommenden Wirkungen zulässt. Demgemäss soll das zwischen der Arbeitskammer und der Fördereinrichtung angeordnete Auspuffrohr im Querschnitt keine plötzlichen Einengungen oder Aus- weitungen aufweisen und die Verbindungsstelle zwischen der Fördereinrichtung und der Auspuff-
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brennungsgase in der Auspuffleitung erfolgt.

Mehrere Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung sind auf der Zeichnung veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 ein Diagramm der in der Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine während der Auspuffperiode herrschenden Druckverhältnisse. Die Fig. 2,3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele von Einrichtungen an Auspuffleitungen, bei denen der in diesen hervorgerufene Unterdruck zum Ansaugen eines gasförmigen Mittels und die hierauf folgenden Druckimpuls zur Förderung dieses Mittels ausgewertet werden. Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher die erfindungsgemässe Einrichtung zur Erzeugung einer. Saugwirkung im Zylinder einer Zweitaktmaschine Anwendung findet.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die erfindungsgemässe Einrichtung zur Belieferung einer Zweitaktmaschine mit einer zusätzlichen Luftladung benutzt wird.

Werden während eines Auspuffvorganges die Druckverhältnisse im Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine der erwähnten Art aufgezeichnet, so erhält man ein der Fig. 1 ähnliches Diagramm, wobei EO das Öffnen des Auspuffes, die Ordinaten die Über-bzw. Unterdrücke und die Abszisse die Kurbelwinkel in Graden darstellen. Es wird bemerkt, dass Über-und Unterdrucke nicht im richtigen Grössenverhältnis veranschaulicht sind. Ein derartiges Diagramm bekommt man beispielsweise bei Verwendung eines Stroboskops. Das Diagramm zeigt die zwei Druckphasen P, P'während des Ab- strömens und Rückströmens der Gase und die dazwischenliegende Unterdruekphase D.

Dieses Diagramm ist kennzeichnend für alle Brennkraftmasehinen der erwähnten Art, jedoch ändern sieh die Zeitpunkte, in denen das Abströmen und Rückströmen der Gase erfolgt.

Aus der Fig. 1 sind nun die Zeitpunkte ersichtlich, in denen gemäss der Erfindung das Ansaugen des gasförmigen) Mittels und seine Förderung stattfindet.

Erstens kann die Förderphase durch den Stoss der vom Zylinder abströmenden Gase verursacht werden, welches Abströmen bald nach dem Öffnen des Auspuffes erfolgt (Diagrammteil P).

Nun entsteht im Zylinder ein Unterdruck und etwas später in der Auspuffleitung ein Unterdruck (Diagrammteil D), dessen Grösse proportional zur kinetischen Energie der Auspuffgase ist. In diesem Augenblick erfolgt das Ansaugen des gasförmigen Mittels.

Dieser Unterdruck wird durch die nach der Bewegungsumkehr zum Zylinder zurückströmenden Gase zerstört, es folgt eine zweite Druekphase (Diagrammteil Pl), die ebenfalls zur Förderung ausgenutzt werden kann. Das Ansaug-bzw. Förderrohr für das gasförmige Mittel soll so nahe als möglich beim Zylinder an die Auspuffleitung angeschlossen werden, weil die Stärke der Wirkung umgekehrt proportional ist zum Abstand vom Zylinder.

Die Fig. 2,3 und 4 veranschaulichen drei Ausführungsbeispiele der Verbindung des Ansaugbzw. Förderrohres für das gasförmige Mittel mit der Auspuffleitung.

Fig. 2 stellt einen Schnitt durch die Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine dar : die Leitung 1 ist zur Aufnahme eines kegelförmigen Ablenkkörpers 2 erweitert, der derart angebracht ist, dass die Spitze des Kegels gegen den Maschinenzylinder und die konkave Basis des Kegels gegen das Ende des Auspuffrohres gerichtet ist. Dieser Ablenkkörper wirkt so, dass er wohl das Auswärtsströmen der Verbrennungsgase zulässt, jedoch ihr Rückströmen in den Zylinder verhindert.

Der erweiterte Teil der Leitung ist ferner mit Öffnungen 3 ausgestatte, die in eine die Leitung umgebende Ringkammer 4 führen ; diese ist durch eine Leitung 5 mit dem das anzusaugende gasförmige Mittel enthaltenden Raum verbunden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung so getroffen, dass sowohl der Druck der ausströmenden Verbrennungsgase als auch jener der rüekkehrenden Gase in gleicher Weise zur Förderung des angesaugten gasförmigen Mittels dient, trotzdem der direkte Impuls immer stärker ist als der ruckkehrende Impuls.

Fig. 3 zeigt eine Ansaugeinrichtung, bei welcher der Druck der ausströmenden Verbrennungs- gase die grösste Wirkung zur Förderung der angesaugten Ladung besitzt.
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luft fiihrenden Teiles des Auspuffrohres hineinragt ; in diese Ringkammer mündet eine Leitung 8, die zum Ansaugen und Fördern des gasförmigen Mittels dient, welch letzteres durch den Stoss der ausströmenden Auspuffgase auf diese Kammer erfolgt.

Eine günstige Ausbildung der Ansaugeinrichtung, bei welcher die Förderung des angesaugten gasförmigenmittels hauptsächlichdurch denstoss derrüekkehrenden Gaseerfolgt, ist in Fig. 4 dargestellt.

Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 4, bei welcher der Druck der gegen den Zylinder zurückkehrenden
Gassäule ausgenutzt wird, besteht die Auspuffleitung aus zwei miteinander durch eine Kammer 12 verbundenen Teilen 10 und 11. Der Teil 10 der Leitung erstreckt sich mittels eines düsenförmigen
Teiles 13 in das Innere der Leitung 11, die an dieser Stelle zu einem Rohrteil14 erweitert ist, der in einigem Abstand von der Stirnwand der Kammer 12 endigt. Der zwischen den Rohren 13 und 14 verbleibende Ringraum stellt die Verbindung zwischen dem Innenraum der Auspuffleitung und der
Kammer 12 her.

Der Leitungsteil 11 ist bei 11 a verstellbar mit dem Gehäuse 12 verbunden, um den Abstand zwischen dem freien Ende des Rohres 14 von der Stirnwand der Kammer 12 regeln zu können.

Der Durchmesser des freien Endes des Rohres 18 ist etwas kleiner als jener der Leitung 11 und das kegelige Rohr 14 bildet mit dem Rohr 13 einen Durchgang mit einem vom freien Ende des
Rohres 13 sich erweiternden Querschnitt.

Die Länge des Rohres 13 ist mittels einer zwischen diesem Rohr und der Leitung 10 vorgesehenen
Schraubverbindung 13a regelbar. Infolge dieser Einstellbarkeit ist die Wirkung der Vorrichtung derart veränderlich, dass das Verhältnis zwischen dem Ansaugen und der Förderung des gasförmigen Mittels regelbar ist.

Erfindungsgemäss kann der durch diese Vorrichtung erzeugte Unterdruck zur Ausübung einer
Saugwirkung auf den Zylinderraum auch über einen andern Auslass als den Hauptauspuffkanal ausgenutzt werden, entweder um die Dauer der auf den Zylinderraum ausgeübten Saugwirkung zu verlängern oder zu erhöhen oder auch um zurückbleibende Verbrennungsgase aus dem Zylinder über einen Behälter anzusaugen, in welchem der Unterdruck aufgespeichert wird und im gewünschten Zeitpunkt zur Verfügung steht. Fig. 5 veranschaulicht ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel dieser Art bei einer Zweitaktbrennkraftmaschine.

Im Zylinder 16 arbeitet der Kolben 17, bei dessen Saughub atmosphärische Luft durch den Einlass 18 in den Zylinder gelangt. Die Versorgung mit Brennstoff erfolgt durch die Einlassdüse 19, der Auspuff durch die Leitung 20.

An der Auspuffleitung ist knapp beim Zylinder ein Ansaugstutzen 21 vorgesehen, der - ähnlich wie bei Fig. 4-mit einer Kammer 22 in Verbindung steht.

Das andere Ende dieser Kammer 22 weist ein Saugventil 2. 3 auf, das regelbar sein kann und den Durchfluss des gasförmigen Mittels nur in Richtung gegen die Auspuffleitung zulässt ; dieses gasförmige Mittel gelangt gemeinsam mit den andern Gasen in die Auspuffleitung. An dieses Ventil 2. 3 schliesst sich eine Leitung 24 an, die mit einem Behälter 25 in Verbindung steht ; von diesem führt eine Leitung 26 zu einem im Zylinder vorgesehenen Hilfsauslass 27, der unter dem Einfluss eines durch eine Stossstange 29 über einem Sehwinghebel 30 gesteuerten Ventils 28 steht.

Die Auspuffgase erzeugen im Behälter 25 einen Unterdruck, der zum gegebenen Zeitpunkt durch entsprechende Betätigung des Ventils 28 dazu verwendet wird, um die restlichen Verbrennunggase aus dem Zylinder abzusaugen oder den Eintritt der Ladung in den Zylinder durch die Einlass- öffnung 18 zu fördern.

Bei diesem Ausführungsbeispiel öffnet sich das Saugventil 2. 3 jedesmal selbsttätig, wenn in der Auspuffleitung ein Unterdruck vorhanden ist. Selbstverständlich soll das Ventil 28 erst dann öffnen, wenn die Auspuffgase den Zylinder verlassen haben, und es soll auch nicht offen bleiben, nachdem der Einlasskanal 18 geschlossen ist.

Fig. 6 zeigt einen Motor, bei dem das angesaugte gasförmige Mittel aus der Atmosphäre gesaugte Luft ist und die Druckimpuls in der Auspuffleitung dazu verwendet werden, um diese angesaugte Luft einem Hilfseinlass des Zylinders zuzuführen.
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Vorteil, wenn die Kammer 22 rohrförmig ausgebildet ist, da die angesaugte Ladung und die von dieser herausgedrückten Auspuffgase miteinander in Berührung kommen, und es wünschenswert ist, ein Vermengen dieser beiden zu verhindern.

An ihrem von der Auspuffleitung entfernten Ende ist die Kammer 22 mit einem gegebenenfalls regelbarem, selbsttätigem Saugventil 31 ausgestattet, welches den Eintritt des gasförmigen Mittels, d. i. im vorliegenden Falle atmosphärische Luft, zulässt ; auch ist ein gegebenenfalls regelbares, selbsttätiges Druckventil. 32 od. dgl. vorgesehen. Nach dem Druckventil folgen Kammern, die entweder durch Rohre oder Behälter gebildet werden oder einfache Speicherleitungen sind, welche das... aJ1gesaugte und hierauf unter Druck gesetzte gasförmige Mittel an die Verbrauchsstelle führen.
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Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist jener einer Kolbenpumpe ähnlich, bei der die Funktion des Kolbens von den Auspuffgasen übernommen wird, die während einer dem Abwärtshub des Kolbens entsprechenden Saugphase Luft in die Kammer 22 einsaugen und dann während zwei dem Aufwärtshube des Kolbens entsprechende Druckphasen die angesaugte Luft ausstossen.

Die vorerwähnte Einrichtung kann beispielsweise als Kompressor Verwendung finden und die derart erzielte verdichtete Ladung kann zur Belieferung des Zylinders mit Luft oder brennbarem Gas verwendet werden.

In dem Ausführungsbeispiel steht die Leitung Ja mit einem Hilfseinlass 36 des Zylinders in Verbindung und dient dazu, um der Maschine eine zusätzliche Ladung von Druckluft zuzuführen,
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Der Hilfseinlass 36 wird beispielsweise durch ein Ventil. 37 gesteuert, das durch eine Stossstange. 38 über einen Schwinghebel. 39 betätigt wird.

Wird kein Druekventil angeordnet und wird die Luft dem Einlassventil. 37 unmittelbar zugeführt, so kann die Maschine nur bei einer bestimmten Drehzahl mit entsprechendem Wirkungsgrad arbeiten, da in diesem Falle der Augenblick des Öffnens des Ventils. 37 mit dem Augenblick zusammenfallen muss, in welchem eine Ladung die Kammer 22 verlässt. Beliefert jedoch die Kammer 22 durch Vermittlung des Rückschlagventils den Behälter 034, so saugt die Maschine ihre Ladung im geeigneten Augenblick aus dem Behälter 34 und ihre Drehzahl wird von den Zeitpunkten unabhängig, in denen die Saug-und Druekperioden in der Kammer 22 stattfinden.

Durch geeignete Bemessung der Kammern bzw. Leitungen 22,. 33, 34 und 35 kann die von der Kammer 22 gelieferte Ladung gesammelt und mit vorherbestimmtem Druck oder ohne Druck der Verwendungsstelle zugeführt werden.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 5 und 6 kann die Hauptladung auch mittels eines Kompressors 40 zugeführt werden, wie dies in den Fig. 5 und 6 in strichlierten Linien angedeutet ist.

Es wird bemerkt, dass bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 5 und 6 ein kolbenartiges Organ, beispielsweise eine leichte, frei bewegliehe Seheibe in der Kammer 22 angeordnet werden kann, ohne in irgendeiner Weise die Wirkungsweise der Vorrichtung zu beeinträchtigen.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Zweitaktbrennkraftmasehinen, kann aber auch bei Mehrtaktmaschinen zur Anwendung kommen.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Auswerten der Energie des Auspuffes von Brennkraftma8chinell, bei denen mindestens ein wesentlicher Teil der Verbrennungsgase den Zylinder mit einer bedeutend höheren als der adiabatischen Geschwindigkeit und in einem derart kurzen Zeitraum verlässt, das er aus dem Zylinder als Masse austritt und in diesem einen Unterdruck hervorruft, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Austritt der Verbrennungsgasmasse aus dem Zylinder in die Auspuffeinriehtung im Auspuffkanal der Maschine hervorgerufenen, wechselnd aufeinanderfolgenden Unterdruck-und Druckperioden zum Ansaugen eines ausserhalb des Auspuffkanals sich befindlichen gasformigen Mittels und zum Fördern dieses Mittels zur Verbrauchs-oder Speicherstelle ausgenutzt werden.

Claims

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine an einer Stelle, die näher zum Zylinder liegt als jene, bei welcher der Rückprall der Auspuffgase erfolgt, eine pumpenartig wirkende Einrichtung verbunden ist, die aus einer mit Ansaug- and Auslassöffnungen für das zu fördernde gasförmige Mittel versehenen Kammer (22) und einem diese an das Auspuffrohr anschliessenden, gegebenenfalls düsenartigen Verbindungsstück (21) besteht und derart wirkt, dass die durch den Austritt der Verbrennungs- gasmasse aus dem Zylinder in der Auspuffleitung verursachte rnterdruckphase ein Ansaugen des gasförmigen Mittels in die Kammer und die hierauf folgende,

durch den Rückprall. der Verbrennung- EMI4.2 aus der Kammer bewirkt (Fig. 6).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslsseitung der pumpenartig wirkenden Kammer (22) mit einem Speicherbehälter (34) verbunden ist (Fig. 6).

4. Brennkraftmasehine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer rohrförmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zum Verbindungsstück gehörigen Teil der Auspuffleitung (1) \blenkflächen (2) angeordnet sind, die das Abströmen der Verbrennungsgasmasse nicht behindern, jedoch die rückprallende Verbrennungsgasmasse an der Rückkehr in den Zylinder hindern und sie in die pumpenartig wirkende Kammer ablenken (Fig. 2).

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffleitung unterbrochen ist und der zum Zylinder führende Teil der Auspuffleitung zu einer Ringkammer (Ï) prwritert ist, EMI4.3

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffleitung unterbrochen ist, wobei das düsenartige Ende (1. 3) des zum Zylinder führenden Auspuffrohres (10) in das erweiterte Ende (14) des an die Aussenluft führenden Auspuffrohres (11) hineinragt und die beiden Auspuff- <Desc/Clms Page number 5> EMI5.1 Innenraum der Auspuffleitung und der erwähnten Kammer (12) herstellt (Fig. 4).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (13, 3, 14) der beiden Auspuffrohrteile in ihrer Längsrichtung (bei 11 a und 13 a) verstellbar sind, um die Ansaugwirkung zwischen Pumpe und Innenraum der Auspuffleitung und bzw. oder das Verhältnis zwischen dem Ansaugen und Ausstossen des zu fördernden gasförmigen Mittels zu ändern (Fig. 4).

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Endes des zum Zylinder führenden Rohrteiles (1. 3) etwas kleiner ist, als der Durchmesser des andern Rohrteiles (14) an dieser Stelle, und letzterer an dieser Stelle sich stetig erweitert, um den Querschnitt der ringförmigen Einlassöffnung zwischen den beiden Rohren (18, 14) durch Längsverschiebung der letzteren zu ändern (Fig. 4).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugund Drucköffnungen (23,31,32) der pumpenartig wirkenden Kammer (22) unter dem Einfluss von Rückschlagventilen stehen, die durch die Saug-oder Druckwirkung sich in der erforderlichen Richtung selbsttätig öffnen und schliessen (Fig. 5, 6).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugund Drucköffnungen der pumpenartig wirkenden Kammer (22) unter dem Einfluss von Ablenkflächen stehen, welche die Fortbewegung des gasförmigen Mittels in der einen Richtung zulässt, in der andern Richtung hingegen verhindert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen EMI5.2

13. Vorrichtung nach einem der Anspruche 2 bis 12, dadurch gekennzeiehnet, dass die 8aug- öffnung (31) der pumpenartig wirkenden Kammer (2 mit der Aussenluft in Verbindung steht (Fig. foi).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- öffnung (32) der pumpenartig wirkenden Kammer (22) mit einer Speicherkammer (34) in Verbindung steht, von der aus das gasförmige Mittel zur Verbrauchsstelle geleitet wird (Fig. 6).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass von der das angesaugte gasförmige Mittel unter Druck speichernden Kammer (J. J) eine Leitung (35) zu einem Hilfseinlass C.6) des Zylinders führt, der mit einem gesteuerten Abschlussorgan (37) versehen ist (Fig. 6).

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (34) Luft gespeichert und das Absehlussorgan des Hilfseinlasses (! 6) gegen Anfang des Hauptluf1- einlasses geöffnet wird, um eine Ausgleiehsluftladung in den Zylinder einzubringen.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (34) Luft gespeichert und das Abschlussorgan (37) des Hilfseinlasses (36) gegen Ende des Hauptlufteinlasses betätigt wird. um eine Ausgleiehsluftladung in den Zylinder einzubringen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Absehlussorgan ) nach dem Schliessen des Auspuffes betätigt wird, um den Zylinder zu überladen.