Auspuffrohr für Zweitaktmotor. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Auspuffrohr für Zweitaktmotoren. In Verbrennungsmotoren wird die Expansion des Gases nicht vollständig ausgenutzt, weil man gezwungen ist, das Gas bei recht hohem Druck aus dein Zylinder entweichen zu lassen. Falls man die Expansion des Gases bis zum Atmo sphärendruck herab ausnutzen könnte, wür den dadurch etwa 10 bis 12 /o Mehrarbeit ge wonnen werden.
Sofort nach Erscheinen der ersten Zwei taktmotoren dachten viele Leute daran, in ir gendeiner Weise die Auspuffenergie direkt zur Vereinfachung der Spülung auszunutzen, was einen logischen und natürlichen Zusatz zum Zweitaktprinzip darstellt. Da dies jedoch bisher nur teilweise möglich ist, wurde der Motor mit einem Gebläse versehen, um Spül luft unter genügendem Druck zuzuführen.
Dieses Verfahren hat seitdem allgemein Ver wendung gefunden, trotzdem es einen Verlust von 8 bis 10 % der effektiven Leistung be- deutet, abgesehen davon, dass es sich im Laufe der Jahre als eine sehr schwierige Aufgabe erwiesen hat, ein vollbefriedigendes und be triebssicheres Gebläse zu bauen.
Anderseits wurden Versuche durchgeführt, um das Problem durch Umwandlung eines Teils der Auspuffenergie in Wellenenergie zu lösen, welche Versuche aber nicht zum Bau eines Zweitaktmotors, der ohne Spülgebläse arbeitet, führten. Während der Vorabströ- mungsperiode, während welcher bei geschlos senen Spülschlitzen die Hauptmenge des Gases unter hohem Druck aus dem Zylinder strömt, entsteht eine kräftige Druckwelle im Auspuffrohr.
Die Druckwelle bewegt sich mit der Schallgeschwindigkeit durch das Rohr hinaus und bewirkt am offenen Rohrende, dass eine Unterdruckwelle zum Zylinder zurück läuft, die imstande ist, einen Teil der nicht ausgestossenen Gasmenge anzusaugen, wo durch eine entsprechende -.Menge Frischluft. durch die inzwischen geöffneten Spülkanäle in den Zylinder eingesogen wird.
Die U nterdruekwelle ist aber nicht so kräf tig wie die Druckwelle. Genaue Berechnun gen ergeben, dass die Unterdruckwelle nur 235 bis ,50 1/o der Energie der Druckwelle be sitzt.
Das erfindungsgemässe Auspuffrohr für Zweitaktmotoren ist nun dadurch gekenn zeichnet, dass dasselbe einen Eintrittsteil mit konstantem Querschnitt und einen zweiten Teil mit sich erweiterndem Querschnitt be sitzt, zum Zwecke, durch die von den Aus pufföffnungen in der Vorabströmungsperiode ausgehende Druckwelle während ihres Dureh- f,@anges durch den zweiten Teil eine zusam menhängende Reihe Unterdruckwellen zu er zeugen, die an den Auspufföffnungen ein Saugen bewirken, wobei der Eintrittsteil von solcher Länge ist, dass das Saugen ungefähr gleichzeitig mit dem Öffnen der Spülkanäle einsetzt,
während der zweite Teil so bemessen ist, dass das Saugen von einer Dauer ist, die annähernd gleich der gesamten Spülperiode ist, wodurch ein Spülgebläse für den Motor sich erübrigt.
In beiliegender Zeichnung sind verschie dene beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zei gen: Fig.1 und 2 Diagramme und Fig. 3 bis 8 schematisch einige Ausfüh rungsbeispiele.
Fig. 1 zeigt die Verhältnisse bei einem ge wöhnlichen zylindrischen Auspuffrohr. Oben ist die Öffnungsfläche .1 der Auspufföffnung und die Öffnungsfläche B der Spülkanäle als Ordinaten über dem Kurbelwinkel als Ab szisse aufgetragen. Darunter sind die an den Auspufföffnungen des Zylinders herrschenden Drucke als Funktion der Zeit dargestellt.
Die verschiedenen Zeitpunkte dieser Achse entsprechen dem Kurbehvinkel der Barüber liegenden Abszissenachse. Die Kurve C gibt den Druck bei den Auspufföffnungen wäh rend der Vorabströmungsperiode an, während die Kurve D den Druck beim Eintreffen der durch Reflektion am Rohrende entstandenen Unterdruckwelle angibt. Darunter ist der Mo torzylinder E und das Auspuffrohr F sche matisch dargestellt.
Die Länge des Rohres ist so, dass in der Zeit to die Druckwelle durch das Rohr zur Mündung und die Unterdruck welle zu den Auspufföffnungen zurüekwan- dert. Die Kurve D hat ungefähr die gleiche Form wie die Kurve C. Der Zylinderdruck ist praktisch abgefallen, wenn die Spülkanäle sich öffnen. Da die Spülperiode für gewöhn lich drei- bis viermal so lang ist wie die Vor abströmungsperiode, ist es ersichtlich, dass das Saugen viel kürzere Zeit dauert als die Spül periode. Es ist daher unmöglich, mit die sem Rohr vollständige Selbstspülung zu er reichen, wenn auch die Länge des Rohres so bemessen ist, dass der kräftigste Unterdruck an den Auspufföffnungen genau in der Mitte der Spülperiode wirkt.
Fig.2 zeigt die Verhältnisse bei der An wendung eines Rohres, das einen zylindrischen Eintrittsteil F1 und einen konisch sich erwei ternden Teil F, aufweist. Die Zeit t, bis zum Eintreffen der Unterdruckwelle ist ungefähr gleich der Dauer der Vorabströmungsperiode. Der Unterdruck ist gleichmässiger als beim Zylinderrohr und dauert bis zur Zeit ty" wo schliesslich die Unterdruckwelle vom Rohr ende her eintrifft. Das Ende der Kurve D ist. einigermassen von gleicher Form wie die Kurve C.
Die Unterdruckperiode dauert über die ganze Spülperiode.
Die ausgedehnte Unterdruckperiode, die man durch richtige Bemessung des vorliegen den Rohres erreicht, ermöglicht eine bedeu tend bessere Spülung als bei dem bekannten zylindrischen Rohr nach Fig.1.
Im allgemeinen ist die kontinuierliche Querschnittserweiterung z. B. in einem ko nischen oder hyperbolischen Rohr einer ab gestuften Erweiterung nach Fig. 3 vorzuzie hen, da bei abgestufter Erweiterung an jeder Stufe im austretenden Gas Energieverluste auftreten, wie am Rohrende.
Der voluminöse Teil F; (in Fig. 3) lässt sich jedoch, wie in Fig.4 bis 8 angedeutet, durch besondere Gestaltung des Rohres ent behren.
Nach Fig. 4 ist das Rohr um die Länge L gekürzt, und im Abstand L vom neuen Rohr ende ist ein geschlossener Seitenschenkel G1 von der Länge L angeordnet. Der Seiten schenkel kann auch, wie in Fig.5 gezeigt, als einen Teil des Hauptrohres umschliessen der ringförmiger Raum G. ausgeführt sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist das Rohr in zwei offene Schenkel geteilt, von welchen der eine die zweifache Länge des andern hat.
Der kürzere Schenkel H kann ringförmig f den längeren Schenkel umschliessen, wie in Fig.7 gezeigt.
Den Unterdruckwellen folgt bei allen be schriebenen Rohren eine recht kräftige Ge gendruckwelle g (Fig.2). s Damit bei normaler Umdrehungszahl des Motors ein Unterdruck im Auspuffrohr un mittelbar am Zylinder während der ganzen Spülperiode vorhanden ist, wird das Rohr so bemessen, dass die Gegendrackwelle erst beim s Zylinder eintrifft, wenn die Auspufföffnun- gen geschlossen oder kurz vor dem Schliessen sind.
Durch die Anordnung eines schnellwir kenden Rückschlagventils 1I im Auspuffrohr, wie in Fig. 8 gezeigt, kann ein Rückströmen von Gasen vermieden werden.
Berechnungen ergeben, dass das konti nuierlich erweiterte Rohr mit dem Ventil das effektivste darstellt, vorausgesetzt, dass das Ventil schnell genug wirkt.
Eine Bedingung für die Anwendung der hier beschriebenen Auspuffrohre für Selbst spülung ist, dass der Zeitquerschnitt der Öff nung des Auspufforganes (Fläche P in Fig. 2) genügend gross ist. Ist er zu klein, wird Gas durch die Spülkanäle im Augenblick des Öff- nens zurückgeblasen. Zweckmässig ist die (;rösse der Ausströmöffnung des Auspuff- organes im Betrieb einstellbar. Dann ist es möglich, die beste Spülwirkung bei veränder licher Belastung des Motors zu erreichen.
Wo eine solche Anordnung nicht hinrei- ehend oder wünschenswert ist, kann ein Rück schlagventil vor den Spülkanälen angebracht werden, um das Rückschlagen der Verbren nungsgase in die Spülleitung auch bei wech selnder Belastung zu vermeiden.
Für gewöhnlich wird der Motor so aus geführt, dass die Spülkanäle sich unmittelbar nach der Aussenluft öffnen. Wenn sie aber mit separaten Einsaugrohren geeigneter Länge in Verbindung gesetzt werden, kann eine Ruf ladung erzielt werden. Während der Spül periode wird der Luft im Einsaugrohr eine Geschwindigkeit erteilt, und infolge der Träg heit wird die Luftzuströmung sieh fortsetzen, nachdem die Saugwirkung am Auspuffrohr gegen den Schluss der Periode verschwindet.