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Mehrzylindrige Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine
mehrzylindrige Brennkraftmaschine. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, das Füllen der
Zylinder im Verlaufe des Ansaugetaktes zu verbessern. Die Erfindung ist mithin vor
allem für solche Motoren geeignet, deren Zylindern ein Vergaser vorgeschaltet ist;
sie ist jedoch nicht auf Brennkraftmaschinen dieser Art beschränkt.
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Es ist bereits eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher zum Zwecke
der Verbesserung der Zuführung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu zwei Zylindern eine
hosenrohrartige Verbindungsleitung verwendet wird. Dabei soll nach dem Einlaßtakt
eines Zylinders die beim Schließen des Einlaßkanals sich bildende Druckwelle wenigstens
teilweise reflektiert werden, so daß die rücklaufende Druckwelle in den anderen
Schenkel des Hosenrohres eindringen und den noch offenen Einlaßkanal des anderen
Zylinders erreichen kann, um das in diesen Zylinder einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch
zu verdichten. Als Reflektor soll dabei der engste Querschnitt des Vergasers, nämlich
dessen Lufttrichter oder, bei teilweise geschlossener Drosselklappe, letztere dienen.
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Diese bekannte Bauart, welcher ebenfalls die eingangs geschilderte
Aufgabe zugrunde liegt, ist zur Lösung dieses Problems jedoch nicht geeignet. Das
liegt einmal daran, daß es sich bei der bekannten Bauart um einen zweizylindrigen
Viertaktmotor handelt, bei welchem sich daher zu dem Zeitpunkt, in welchem sich
die rücklaufende Druckwelle vor dem ersten Zylinder zu Beginn von dessen Verdichtungstakt
ausbildet, der zweite Zylinder in seinem Auspufftakt befindet, so daß eine etwa
von dem ersten Zylinder ausgehende bzw. reflektierte Druckwelle nicht auf einen
offenen Einlaßkanal stoßen kann und somit die angestrebte Wirkung nicht eintreten
kann. Zum anderen dürfte jedoch eine Reflexion der Druckwelle in Richtung auf den
Einlaßkanal des zweiten Zylinders ohnehin völlig ausgeschlossen sein, da es an der
hierzu notwendigen Reflexionsfläche fehlt. Die Drosselklappe ist für diesen Zweck
nicht geeignet, da sie nur in teilweise geschlossener Stellung wirksam werden kann.
Schließlich liegt ein weiterer Nachteil darin, daß die Fortpflanzungsrichtung der
Druckwelle der Ansaugrichtung des Gemisches entgegengerichtet ist, so daß sie die
Füllung des zweiten Zylinders sogar verschlechtern würde.
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer der Zahl
der Arbeitstakte entsprechenden Zylinderzahl und bei Einmündung der Einlaßkanäle
der Zylinder durch nebeneinanderliegende Einlaßöffnungen in eine gemeinsame Ansaugkammer,
die an einen Vergaser angeschlossen ist und eine den Einlaßöffnungen gegenüberliegende
Wand aufweist, diese Wand derart zu formen, daß die aus einer Einlaßöffnung zurücklaufende
und auf die Wand auftreffende Druckwelle zu der unmittelbar anschließend zu speisenden
Einlaßöffnung hin reflektiert wird, zu welchem Zweck die einzelnen Abschnitte der
Reflexionswand wenigstens annähernd senkrecht zu den Halbierenden der Winkel verlaufen,
welche jeweils von den beiden Verbindungslinien zwischen dem betreffenden Wandabschnitt
und den Mittelpunkten der beiden Einlaßöffnungen gebildet sind.
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Bei Anordnung sämtlicher, Einlaßöffnungen auf einer Maschinenseite
ist die 'gemeinsame Ansaugkammer zweckmäßig auf der den Einlaßöffnungen gegenüberliegenden
Seite durch einen Deckel begrenzt, welcher die Einlaßöffnungen abdeckt und die Reflexionswand
bildet.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist sowohl für das Zweitakt-
als auch für das Viertaktverfahren verwendbar. Im ersteren Falle wird bei einem
Zweizylindermotor die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß die Krümmung der Reflexionswand
wenigstens in einer die Achsen der Einlaßkanäle enthaltenden Ebene einer halben
Ellipse entspricht, welche die beiden Einlaßöffnungen überspannt und deren Brennpunkte
in diesen Öffnungen liegen, während im zweiten Falle bei einem Vierzylinder-Reihenmotor
die Reflexionswand wenigstens in einer die Achsen der Einlaßkanäle enthaltenden
Ebene im
wesentlichen zwei sich überschneidende halbe Ellipsen umhüllt,
von denen jede drei Einlaßöffnungen überspannt und deren Brennpunkte jeweils in
den beiden äußersten der überspannten Öffnungen liegen.
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Auf diese Weise ist sichergestellt, daß immer eine Einlaßöffnung zur
Aufnahme der rücklaufenden Druckwelle offen ist. Außerdem besteht nicht die Gefahr,
daß die rücklaufende Druckwelle in Richtung auf den Vergaser, d. h. also dem angesaugten
Gemisch engegen, läuft, zumal die die Verbindung zwischen gemeinsamer Ansaugkammer
und Vergaser bildenden Öffnungen in der Reflexionswand hinsichtlich ihres Querschnittes
im Verhältnis zu der Gesamtfläche der Reflexionswand klein gehalten sind. Um dieser
Gefahr jedoch noch weiter entgegenzuwirken, empfiehlt es sich, die Achse des Verbindungskanals
zwischen gemeinsamer Ansaugkammer und Vergaser zu den Achsen der Einlaßkanäle mindestens
annähernd senkrecht verlaufen zu lassen.
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Schließlich ist es vorteilhaft, die Einlaßöffnungen an ihren einander
benachbarten Rändern abzurunden oder abzuschrägen.
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Es ist zwar bereits eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine bekannt,
bei der störende Druckwellen in den gemeinsamen Zuführungsleitungen so beeinflußt
werden, daß am Zylindereingang nur solche Druckschwankungen auftreten, welche die
durch die Kolbenbewegung hervorgerufenen erwünschten Druckänderungen unterstützen
oder sie zumindest nicht stören. Zu diesem Zweck werden die zusammengehörigen Leitungen
auf bestimmte räumliche Lagen der Schwingungsbäuche und Schwingungsknoten so abgestimmt,
daß an den Stellen, an denen eine Drucksteigerung erwünscht ist, Schwingungsbäuche
gleicher Phase etwa gleichzeitig zusammentreffen, während an den Stellen, an denen
eine Drucksteigerung nachteilig ist, Schwingungsbäuche entgegengesetzter Phase etwa
gleichzeitig aufeinanderstoßen. Zu diesem Zweck werden entweder blind geschlossene
Verlängerungen, Resonatoren oder Ringleitungen zusätzlich in die abzustimmenden
Leitungen eingeschaltet. Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Bauart der Vorschlag
nach der Erfindung nicht verwirklicht ist, besteht ein wesentlicher Nachteil dieses
bekannten Motors darin, daß er wegen seiner zahlreichen zusätzlichen, in die abzustimmenden
Leitungen einzuschaltenden Teile in seinem Gesamtaufbau verhältnismäßig aufwendig
und kompliziert wird.
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Die Brennkraftmaschine nach der Erfindung erreicht dagegen mit einfachen
und übersichtlichen Mitteln eine insbesondere in den hohen Drehzahlbereichen erhebliche
Leistungsverbesserung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Teil der Ansaugleitung eines Zweitakt-Zweizylindermotors,
F i g. 2 einen Teil der Ansaugleitung eines Viertakt-Vierzylinder-Reihenmotors,
F i g. 3 einen Motor gemäß Fig. 2 in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, F i g.
4 ein Diagramm, das die Öffnung der Ansaugventile des Motors gemäß F i g. 2 und
3 in Abhängigkeit von der Stellung der Kurbelwelle zeigt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 sind die Ansaug- bzw. Einlaßöffnungen
der nicht dargestellten Zylinder durch einen Deckel 2 abgedeckt, der die Reflexionswand
bildet und zusammen mit der Motorwandung die Ansaugkammer E begrenzt. Die Ansaug-
bzw. Einlaßkanäle A., und B, münden über Öffnungen A und B in die
Ansaugkammer E. Die Reflexionswand ist dabei derart ausgebildet und angeordnet,
daß sie eine Druckwelle des Gemischstromes, die sich an der sich schließenden Einlaßöffnung
des gerade gespeisten Zylinders bildet, in Richtung auf die Einlaßöffnung des anderen
Zylinders, der unmittelbar anschließend seinen Ansaugtakt ausführt, reflektiert.
Die Reflexionswand 2 bildet eine Halbellipse, die von den Punkten 3 und 4 am Rand
jeder Einlaßöffnung A und B ausgeht. Ihre Brennpunkte F1 und F.= liegen
in den Achsen der Einlaßkanäle A., und B,.
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In den die Reflexionswand bildenden Deckel 2 mündet eine Leitung 5
ein, die etwa senkrecht zu den Einlaßkanälen A, und B., verläuft und die
Verbindung mit dem Vergaser herstellt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Der erste Zylinder
saugt das Vergasergemisch über die Leitung 5 durch die offene Einlaßöffnung A an.
Die Anordnung ist jeweils so getroffen, daß die Einlaßöffnung B des zweiten Zylinders
bereits geöffnet ist, wenn die Einlaßöffnung A sich schließt, so daß der Gemischstrom,
der zufolge seiner Trägheit weiter auf die Einlaßöffnung A gerichtet ist, eine etwa
zunächst bei F1 konzentrierte Druckwelle bildet, die mit Schallgeschwindigkeit durch
die elliptische Wand 2 zum Punkt F." d. h. in die Einlaßöffnung B des zweiten Zylinders
reflektiert wird, wodurch dieser zusätzlich beaufschlagt wird. Der gleiche Vorgang
wiederholt sich im Kreislauf von der Ansaugöffnung B nach A, dann
wieder von der Ansaugöffnung A
nach B usw.
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Bei dem Viertaktmotor gemäß F i g. 2 werden im allgemeinen die einzelnen
Zylinder nacheinander in der Reihenfolge A 1, Cl, D1, BI gespeist.
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Die durch den Deckel 2a, der gemeinsam mit der Motorwand die Ansaugkammer
El begrenzt, gebildete Reflexionswand besitzt eine solche Form und verläuft in einem
solchen Abstand von den Einlaßöffnungen A1 bis D1, daß der Gemischstrom, der von
dem ersten Zylinder aus der Kammer El durch die Einlaßöffnung A1 angesaugt wird
und sich nach dem Schließen dieser Einlaßöffnung A1 vor dieser staut, als Druckwelle
durch die Wand 2a bei 01 entlang dem Linienzug F.;-OI-F- zu der bereits geöffneten
Einlaßöffnung Cl des dritten Zylinders reflektiert wird. Wenn das die Einlaßöffnung
C, steuernde Ventil sich schließt, wird die sich dort bildende Druckwelle von der
Wand 2a entlang dem Linienzug F"-O.,-F, auf die Einlaßöffnung D1 reflektiert, die
zu diesem Zeitpunkt bereits zur Speisung des vierten Zylinders geöffnet ist. Anschließend
reflektiert die Wand 2a die sich bei Dl bildende Druckwelle entlang F3 03F4 nach
B1 und später von B1 entlang F4-04-F3 nach A 1.
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Um die besten Reflexionsbedingungen zu erhalten, ist es notwendig,
daß die Reflexionswand 2a der Kammer EI, die symmetrisch zu einer senkrecht auf
der durch die Achsen der Einlaßkanäle AI,-Dls verlaufenden Ebene stehenden Ebene
Sl-S: verläuft, in jedem ihrer symmetrischen Teile, beispielsweise in dem links
der Ebene Si-S., liegenden Teil, den Kurvenlinien von zwei Ellipsen folgt, von denen
die eine durch die Ränder der Ansaugöffnungen A1 und BI mit den Brennpunkten F.;
und F4, die andere durch die Ränder der Einlaßöffnungen A1 und Cl mit den Brennpunkten
F3 und F" verläuft. Da sich
die Kurven dieser beiden Ellipsen nicht
decken und außerdem Wirbelungen erzeugende scharfe übergänge zu vermeiden sind,
folgt die Reflexionswand einer Linie, die den beiden Ellipsen soweit wie möglich
angenähert ist. Da diese Linie in den Punkten 04 und 01 Tangenten besitzen muß,
die parallel zu der durch F3 und F4 laufenden Geraden liegen, ist es notwendig,
daß sie zwischen der Mittellinie M von F3 und F4, auf der der Punkt 04 liegt, und
zwischen der Achse N des Einlaßkanals Bi x, auf der der Punkt 01 liegt, einen
zur Verbindung F3-F4 parallelen Verlauf aufweist. Diese zwischen den beiden Ellipsen
liegende Linie geht zum Rand der Einlaßöffnung A1 hin in eine die Ellipse mit den
Brennpunkten F3 und F4 umhüllende Kurve über und folgt zwischen der Achse N und
der Symmetrieebene Si-S,, einer Linie, die parallel zur Ellipse mit den Brennpunkten
F, und FS verläuft.
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Zur Speisung der vier Zylinder sind zwei die Verbindung zwischen der
Ansaugkammer Ei und dem Vergaser herstellende Leitungen 6 und 6a vorgesehen, die
etwa senkrecht zum Verlauf der Einlaßkanäle Aix bis Dl. in die Wandung
2a einmünden. Die Leitung 6 weist dabei den gleichen Abstand zu den Einlaßöffnungen
Al und Bi und die zweite, 6a, den gleichen Abstand zu den Einlaßöffnungen C1 und
D1 auf.
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Die Ansaugleitungen 6 und 6a bilden zwei V-förmig nach abwärts von
einem gemeinsamen Vergaser 7 (vgl. F i g. 3) verlaufende Zweigleitungen. Sie sind
von einer Vorwärmkammer 8 umgeben, durch die das Kühlwasser des Motors über eine
Leitung 9 vom Motor 10 zugeführt und über eine Leitung 11 in den Kühler 12 abgeleitet
wird. Selbstverständlich können auch beide Zweigleitungen 6 und 6a mit jeweils einem
besonderen Vergaser verbunden sein.
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Im übrigen sind bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 1 und 2 die
Kanten an den Rändern der Einlaßöffnungen, wie durch die strichpunktierten Linien
bei 13 angedeutet, an denjenigen Stellen abgerundet oder abgeschrägt, an denen sie
nicht an die Reflexionswand 2 bzw. 2 a anschließen.
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Es war bereits ausgeführt worden, daß das Schließen und Öffnen der
Einlaßöffnungen jeweils zweier unmittelbar nacheinander zu speisender Zylinder zweckmäßig
so durchgeführt wird, daß eine gewisse 1?berschneidung stattfindet, wie das insbesondere
auch das Diagramm gemäß F i g. 4 zeigt. Darin sind auf der Abszisse die Winkelstellungen
der Kurbelwelle, auf der Ordinate der Hub der in den Einlaßöffnungen A lx bis Dl.
angeordnten Ventile des Motors 10 aufgezeichnet. So ist beispielsweise A,
die Öffnungskurve des Ansaugventils des ersten Zylinders mit der Einlaßöffnung A1
und C2 die Öffnungskurve des Ansaugventils des dritten Zylinders, dessen Speisung
unmittelbar nach derjenigen des Zylinders mit der Einlaßöffnung Al durch die Einlaßöffnung
C1 erfolgt.
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In dem Moment, in dem das Ventil A2 der Einlaßöffnung A1 sich schließt,
ist das Ventil C2 der Einlaßöffnung Cl bereits zu zwei Drittel (Punkt 14) geöffnet.
Wenn sich die von dem geschlossenen Ventil A, der Einlaßöffnung Al ausgehende Druckwelle
mit unendlicher Geschwindigkeit nach C2 fortpflanzte, würde sie in dem Augenblick
in den Einlaßkanal Cl. eintreten, in dem das Ventil C2 der Einlaßöffnung Cl bis
zum Punkt 14 geöffnet ist. Die Druckwelle pflanzt sich jedoch mit Schallgeschwindigkeit
fort und wird daher die Einlaßöffnung C mit einer gewissen Verzögerung erreichen.
Bis dahin hat sich das Ventil C2 der Einlaßöffnung Cl etwas weiter, beispielsweise
bis zum Punkt 15, geöffnet. Da die Ventilgeschwindigkeit praktisch konstant
ist, wird die von dem Ventil A" der Einlaßöffnung A1 ausgehende Druckwelle die Einlaßöffnung
C mit einer Verzögerung erreichen, die um so gröber ist, je höher die Leistung des
Motors ist; beim Punkt 16 beispielsweise ergibt sich eine noch größere Leistung,
da hier das Änsaugventil C2 der Einlaßöffnung Cl voll geöffnet ist.
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Die durch die Erfindung bezweckte zusätzliche Speisung bzw. Beaufschlagung
der Zylinder wirkt sich um so günstiger aus, je höher die Leistung des Motors ist,
d. h., daß die günstigsten Werte in jenem Drehzahlbereich des Motors erzielt werden,
in dem die Speisung der Zylinder ohnehin schwieriger ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in der Beschreibung und in den Zeichnungen
erläuterten und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie erstreckt sich
vielmehr auch auf andere Ausführungen, beispielsweise solche, bei denen die Zylinder
nicht in Reihe angeordnet sind, oder solche, bei denen der Brennstoff in die Zylinder
eingespritzt wird. Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Motor aus mehreren Gruppen
von Zylindern besteht, wobei jede Gruppe gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet
sein kann.