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Zweitaktbrennkraftmaschine.
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Teil der Verbrennungsgase den Zylinder mit einer bedeutend höheren Geschwindigkeit, als sie der durch die adiabatische Zustandsänderung hervorgerufenen Geschwindigkeit entspricht, und in einem derart kurzem Zeitraum verlässt, dass der Austritt aus dem Zylinder als Masse erfolgt. wobei in diesem ein Unterdruck entsteht, der zum Einbringen einer Friseliladung in den Zylinder ausgenutzt wird; zu diesem Zwecke wird nach Freigabe der Auspufföffnung die Einlassöffnung mit einer solchen Verzögerung
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entsteht.
Beim Öffnen des Auspuffes von derartigen Brennkraftmasechinen verhalten sich die im Zylinder vorhandenen Gase wie ein ballistisehe Energie aufweisender nachgiebiger Korper. Bei Beginn des Öffnens der Auspufföffnung versteicht zunächst ein kurzer Zeitraum, während em die Gase den Zylinder nicht verlassen. Erst dann tritt mindestens ein wesentlicher Teil der Verbrennungsgase mit grosser Geschwindigkeit als Masse aus und während des Durchzuges durch dei Auspufföffnung bilden die Gase eine sich in der Auspuffreichtung rasch fortbewegende Säule. Hierauf findet eine Umkehr dieser
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Macht man während der Auspuffperiode mittels Vorrichtungen, welche die Bewegungsrichtung der Gase anzeigen und rasch auf grosse Druckänderungen ansprechen, Aufzeichnungen über die Druckschwankungen im Auspuffsystem, so sind die Zeitpunkte feststellbar, in welchem sich diese abströmende Auspuffgassäule bildet, in. welchem die Masse der Verhrennungsgase mit den im Auspuffaystem vorhandenen Gasen zusammentrifft und in welchem die Umkehr der Bewegungsrichtung der Gase oder die Rückkehr gegen den Zylinder zu stattfindet.
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Erfolgt jedoch die Rückkehr der Verbrennungsgase zum Zylinder. ehe der Auspuff sich. schliesst und während der Einlass noch offen ist, so kann ein Teil der Verbrennungsgase wieder in den Zylinder eintreten und einen Teil der Ladung aus dem Zylinder verdrängen.
Findet die Umkehr der Bewegungsrichtung der Verbrennungsgase statt, nachdem ein Teil der Frischgase den Zylinder durch die Auspufföffnung bereits verlassen hat und den Verbrennungsgasen in das Auspuffsystem gefolgt ist, wobei eine die Leistung der Maschine steigernde Kühlwirkung hervorgerufen wird, so bewirkt diese Umkehr der Bewegungsrichtung die Rückkehr dieses Teiles der Frischgase in den Zylinder. Dies kann für das Laden von Vorteil sein. Diesen zurückkehrenden Frischgasen können jedoch Verbrennungsgase folgen und die Ladung beeinträchtigen.
Erfolgt schliesslich die Umkehr der Bewegungsrichtung der Gase nach Verstreichen eines verhältnismässig langen Zeitraumes und schliesst sich der Auspuff, ehe diese Umkehr stattfindet, dann entsteht im Auspuffrohr in der Nähe des Zylinders und im Zylinder selbst ein Unterdruck.
Diese Übelstände werden gemäss der Erfindung beseitigt.
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Gemäss der Erfindung erfolgt das Schliessen der Auspufföffnung, ehe die Umkehr der Bewegungs- richtung der Gase in der Auspuffleitung erfolgt, während das Schliessen des Einlasses nach dem Abschluss des Auspuffes, u. zw. nach Beendigung des Ladens des Zylinders stattfindet.
Es wurde nun gefunden, dass der zwischen dem Massenaustritt der Verbrennungsgase und der
Umkehr der Bewegungsriehtung dieser Gase verstreichende Zeitraum im wesentlichen unverändert bleibt und er sich daher bei hoher Drehzahl über einen grösseren Kurbelwinkel erstreckt als bei niederer
Drehzahl. Daher wird bei niederen Drehzahlen das Laden des Zylinders durch die nach Umkehr ihrer
Bewegungsriehtung in den Zylinder zuriickkehrenden Verbrennungsgase nachteilig beeinflusst. wogegen bei höheren Drehzahlen infolge der längeren Dauer der Saugwirkung im Auspuffrohr ebenfalls eine nachteilige Beeinflussung stattfindet.
Gemäss der Erfindung kann dieser Nachteil bei einer mit veränderlicher Drehzahl laufenden
Maschine dadurch behoben werden, dass bei hohen Drehzahlen der Auspuff geschlossen wird, ehe die
Umkehr der Bewegungsriehtung der Gase in der Auspuffleitung erfolgt, während er bei niederen Drehzahlen vor der Rückkehr der Verbrennungsgase in den Zylinder geschlossen wird.
Das Wesen der Erfindung ist aus den Zeichnungen klar zu entnehmen.
Fig. 1 veranschaulicht Diagramme der in dem Auspuffrohr einer Brennkraftmasehine während der Auspuffperiode herrschenden Druckschwankungen, wobei die erfindungsgemässe Einrichtung nicht verwendet wurde. Fig. 2 stellt ähnliche Druekdiagramme wie Fig. 1, jedoch bei einer abgeänderten Brennkraftmaschine dar, bei welcher ebenfalls die Erfindung keine Anwendung. gefunden hat. Fig. 3 ist ein aus dem Diagramm der Fig. 2 sieh ergebendes geeignetes Zeitdiagramm bei einer Maschine mit der erfindungsgemässen Einrichtung. Fig. 4 veranschaulicht im Schnitt eine erfindungsgemässe Aus- führungsform einer Brennkraftmasehine.
In den Zeichnungen bedeutet EO Auspufföffnen, IO oder AO Einlassöffnen, ferner. EC Auspuffschliessen, BDC untere Totpunktlage und 1G oder . C Einlasssehliessen.
In den Fig. 1 und 2 veranschaulichen die Ordinaten den Überdruck bzw. Unterdruck, während die Abszissen die Kurbelwinkel darstellen.
Fig. 1 veranschaulicht mehrere Diagramme dieser Art, die am Auspuffrohr eines Einzylinderzweitaktmotors von 700 cm Zylinderinhalt bei verschiedenen Drehzahlen abgenommen wurden. Die Aufzeichnungen wurden in einer Entfernung von ungefähr 45 em vom Zylinder gemacht. Bei jedem Diagramm ist ersichtlich, dass nach einer sieh ändernden Verzögerungsperiode der Druck im Auspuffrohre steil bis zu einer Spitze P ansteigt und hierauf plötzlich bis zum maximalen Unterdruck D fäHt, von wo der Druck wieder bis zu einer zweiten tberdruckspitze P1 ansteigt.
Die erste Spitze P tritt auf, wenn die Verbrennungsgase den äusseren Widerstand überwinden und den Zylinder in Form einer Masse zu verlassen beginnen ; dies wird als der Augenblick des Massenaustrittes der Verbrennungsgase aus dem Zylinder bezeichnet. Die dieser Druckspitze folgende maximale Unterdruekspitze D stellt im wesentlichen den Augenblick dar, in welchem die Umkehr der Bewegungsrichtung der ausströmenden Gassäule stattfindet. Dieser Strömungsumkehr folgt die Ruck- kehr der Verbrennungsgase, die nach Zerstörung des Unterdruckes bei Erreichung der zweiten Druckspitze P1 beendet ist.
Werden die Aufzeichnungen an einer näher beim Zylinder gelegenen Stelle der Auspuffleitung gemacht, so nähert sieh die erste Spitze P mehr der Kurbelstellung, bei welcher der Auspuff freigegeben wird, wogegen sich die Spitze P1 weiter entfernt, da einerseits die Gase einen kürzeren Weg nach auswärts zurückzulegen haben, ehe die Stelle erreicht ist, an welcher die Aufzeichnung erfolgt und anderseits der Rückweg zu dieser Stelle ein weiterer ist.
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(voller Linienzug) und 1300 Umdrehungen pro Minute (strichlierter Linienzug) die Rückkehr der Verbrennungsgase in den Zylinder, ehe der Auspuff schliesst und während der Einlass noch immer offen ist.
Bei 1500 Umdrehungen pro Minute (strichpunktierte Linien) dagegen und bei höheren Drehzahlen findet die Rückkehr nach dem Schliessen des Auspuffes statt.
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Zylinderinhalt, dessen Ein-und Auslasskanäle am gleichen Ende des Zylinders vorgesehen sind, wobei die Aufzeichnung in einer Entfernung von ungefähr 18 ein von der Auspufföffnung gemacht wurde.
In diesem Falle erfolgten die Aufzeichnungen bei 1200 (voller Linienzug). 1500 (strichlierter Linienzug) und 1800 (strichpunktierter Linienzug) Umdrehungen pro Minute. Bei allen diesen Geschwindigkeiten erfolgt die Rückkehr der Verbrennungsgase in den Zylinder vor dem Schliessen des Auspuffes, ferner erfolgt bei 1200 und 1500 Umdrehungen pro Minute die Rückkehr vor dem Schliessen des Einlasses.
Um die Verunreinigung der Ladung durch die zurückkehrenden Verbrennungsgase zu verhindern, ist es notwendig, die Öffnungs- und Schliesszeiten des Auspuffes entsprechend der erwünschten Drehzahl der Maschine zu ändern.
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Wird die Auspufföffnung des Zylinders geschlossen, ehe die Umkehr der Bewegungsrichtung der Gase erfolgt, so muss der Einlass über diesen Zeitpunkt hinaus noch offen bleiben, um den im Zylinder noch herrschenden Unterdruck zum Vervollständigen der Ladung benutzen zu können.
Es ist also notwendig, bei mit veränderlicher Drehzahl laufenden Maschinen die Auspufföffnung zu schliessen, ehe bei jeder Drehzahl die Rückkehr der Verbrennungsgase in den Zylinder erfolgt, was, wie aus den beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Beispielen ersichtlich ist. beim Schliessen der Aus-
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da hiedurch jede Auswertung des im Auspuffsystem entstehenden Unterdruckes unmöglich wird. Es muss daher im Gegenteil der Auspuff möglichst lange offen gehalten werden, weil dadurch der in der Auspuffleitung vorhandene Unterdruck zusätzlich zou jenem im Zylinder das Eintreten der Ladung in den Zylinder bewirkt.
Aus Fig. l ist zu entnehmen, dass bei Steigerung der Drehzahl sich der Kurbelwinkel zwischen dem Öffnen des Auspuffes EO und dem Einsetzen der Saugwirkung vergrössert, wie dies die Lagen der drei Spitzen P zeigen : die Änderung dieses Kurbelwinkels ist aber für den in Betracht kommenden Drehzahlbereich nicht so gross wie die Änderung des Winkels, bei dem die Rückkehr der Gase erfolgt, wie dies aus der Lage der zweiten Spitzen Pj hervorgeht.
Damit das Öffnen des Einlasses bei jeder der in Betracht kommenden Drehzahlen erst dann stattfindet, wenn die Saugwirkung eingetreten ist. wird das Öffnen des Einlasses der höchsten Drehzahl angepasst, wodurch es auch allen niedrigeren Drehzahlen entspricht.
Zu diesem Zweck ist es erwünscht, die Änderung des Kurbelwinkels, bei welcher die Auspuffgase den Zylinder verlassen, auf ein Mindestmass herabzusetzen. Dies kann durch Erleichterung des Gasaustrittes durch geeignete Anordnung der Öffnungen erzielt werden oder durch möglichste Herabsetzung der Reibungs-und sonstigen Widerstände gegen das Ausströmen in die Auspuffleitung.
Öffnet sich der Auspuff bei hohen Drehzahlen in dem Augenblick, in welchem in der Auspuffleitung als Folge des vorhergehenden Gasaustrittes noch ein Unterdruck vorhanden ist, so bewirkt die daraus sieh ergebende Herabsetzung des Ausströmwiderstandes ein rascheres Entweichen der Verbrennungsgase.
Bei Mehrzylindermotoren mit veränderlicher Drehzahl ist dies durch geeignete Anordnung der
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Drehzahlen erreichbar.
Die Wirkung einer derartigen Anordnung geht aus Fig. 2 hervor, die sieh auf einen Sechszylindermotor bezieht, bei welchem die Auspufföffnungen in 600 Intervallen freigegeben werden. Bei 1800 Um- drehungen pro Minute (strichpunktierter Linienzug) verlassen die Gase den Zylinder früher als bei 1500 Umdrehungen pro Minute (strichlierter Linienzug). Hieraus ist ersichtlich, dass bei dieser Drehzahl der Auspuff öffnet, wenn ein Unterdruck in der Auspuffleitung herrscht.
Fig. 3 veranschaulicht ein Kurbelwegdiagramm, das von den in der Fig. 2 dargestellten Dia- grammen abgeleitet werden kann.
Diese Abbildung zeigt, dass der Auspuff bei EO öffnet, während der Einlass bei JO sich ungefähr um 200 später öffnet, wobei über den im Diagramm angegebenen Geschwindigkeitsbereich der Einlass immer in dem Augenblick geöffnet wird, in welchem durch den durch die austretenden Auspuffgase
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bleiben nun gemeinsam für einen Zeitraum offen, in welchem das Laden bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird.
Knapp vor der unteren Totpunktlage schliesst sich der Auspuff bei EC, während der Einlass zum Wiederladen des Zylinders noch weiter bis JC offen bleibt. Das Schliessen des Auspuffes muss zu einem solchen Zeitpunkt erfolgen, dass die riickkehreuden Verbrennungsgase die Frisciiladung im Zylinder nicht mehr beeinträchtigen können.
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Erfindung durchgeführt werden.
Fig. 4 stellt schematisch einen gemäss der Erfindung gebauten Motor dar. Der im Zylinder 1 arbeitende Kolben 2 steuert die am gleichen Ende des Zylinders vorgesehenen Einlasskanäle und Aus- lasskanäle 4. Die am Zylinderkopf sitzende Einspritzdüse 5 speist den Zylinder mit Brennstoff. Bei diesem Motor ist das gewünschte Schliessen des Auspuffes beispielsweise mittels eines Drehschiebers 6 regelbar, der derart betätigt wird, dass er sich öffnet, sobald der Kolben die Auspuffkanäle 4 freigibt,
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Steuerung des Einlasses gegenüber dem Auslass wird dadurch erzielt, dass der Einlasskanal durch den Kolben um die erforderliche Zeitspanne später freigelegt wird.
An dem den Kanälen 3 und 4 gegenüberliegenden Ende des Zylinders ist ein Hilfskanal 7 vorgesehen, der unter der Kontrolle eines gesteuerten Ventils 8 steht und als Hilfsauslass geöffnet wird oder zum Einführen einer unter Druck stehenden Hilfsladung dient.