DE2449628A1 - Zweitakt-brennkraftmaschiene - Google Patents

Description

|Belegexemplar|

nicht geändert werden ^: _t

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Maschinenfabrik Augsburg-Nürn"berg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg _s Stadfbaclistraße 1

P.B. 2806/1221 16» Oktober

Zweitakt-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine unaufgeladene oder mittels eines Abgasturboladers im Staubetrieb aufgeladene Zweitaktbrennkraftmaschine, deren Abgassammelkanal über ^e einen oder mehrere Verbindungskanäle mit den Auslaßöffnungen ^edes Zylinders in Verbindung steht.

Derartige Maschinen sind aus der N.A.N.-Druckschrift "Zweitakt-Dieselmotor KSZ 78/155 - Motorkurzbeschreibung" bekannt.

Es ist das Ziel der Erfindung einen Motor dieser Gattung zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine Verbesserung des Ladungswechsels erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Jeder Abgasverbindungskanal bis in den Abgassammelkanal hinein verlängert ist und der in den Abgassammeikanal hineinragende Abschnitt jedes Verbindungskanals mindestens die Länge des halben Durchmessers des Abgassammelkanals hat sowie etwa senkrecht zur Abgassammelkanallängsachse verläuft.

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Bei Anweisung dieser Maßnahme besteht die Möglichkeit, bei vorgegebener Lage des Abgassammeikanals zur Brennkraftmaschine eine optimale Länge für den Verbindungskanal zu erzielen«. Dies führt einerseits zu einer weitgehenden Vermeidung des Rückströmens von Abgas in den Zylinder, wenn durch den Abgasstoß eines anderen Zylinders der Druck im Abgassammelkanal ansteigt, da im zylinderseitigen Ende des verlängerten AbgasVerbindungskanals in diesem Fall weitgehend Spülluft enthalten ist. Andererseits ergibt sich bei Anwendung der Erfindung infolge der größeren Gasmassen im Abgasverbindungskanal ein stärkerer Unterdruck im Zylinder, der zu einer das Eintreten der Spül- bzw. Ladeluft begünstigenden Saugwirkung führt. Die in den Abgassammelkanal hineinragenden Abschnitte der Verbindungskanäle verändern darüber hinaus örtlich den Querschnitt des Abgassammeikanals und bewirken dadurch eine Dämpfung der durchlaufenden Druckwellen, so daß die Störungen des Ladungsv/echsels durch Druckstöße von anderen Zylindern vermindert werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung bildet zumindest das Austrittsende jedes Abgasverbindungskanals einen Diffusor. Durch diese Maßnahme wird einerseits eine weitgehend verlustfreie Strömung der Abgase in den Verbindungskanälen sichergestellt. Andererseits wird die Absenkung des Drucks im Zylinder beim Spülvorgang beschleunigt. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen, deren Auslaßöffnungen über den öffnungen für die Spülluft liegen, kann hiermit der Zeitpunkt des öffnens des Auslasses später gelegt und dadurch ein längerer Arbeitshub und somit eine bessere Ausnutzung des Brennstoffs erreicht werden.

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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Abgasverbindungskanal zumindest im Bereich des in den Abgassammeikanal hineinragenden Abschnitts eine einen Diffusor bildende stetige Querschnittserwei-terung auf.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ragt jeder Abgasverbindungskanal soweit in den Abgassammelkanal hinein, daß die Abströmfläche zwischen dem Abgasverbindungskanal und der davor befindlichen Wandung des Abgassammeikanals zur Bildung eines Pralldiffusors gleich oder geringfügig größer als die Austrittsquerschnittsfläche des Abgasverbindungskanals bemessen ist»

Eine optimale Wirkung läßt sich erzielen, wenn der gesamte Abgasverbindungskanal eine stetige Querschnittserweiterung aufweist und an seiner Austrittsöffnung zusammen mit der Wandung des Abgassammeikanals einen Pralldiffusor bildet.

Weiter ist als vorteilhaft anzusehen, daß der engste Querschnitt eines jeden Abgasverbindungskanals etwa gleich der Summe der Querschnitte der zugehörigen Auslaßöffnungen des Zylinders bemessen ist» Hierdurch wird einerseits eine unnötige Drosselung zwischen dem Zylinder unddem Abgassammeikanal vermieden, andererseits ein gutes Anliegen der Strömung an den Kanalwänden erreicht.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung weist der Abgassammeikanal zwischen den Abgasverbin» dungskanälen Einschnürungen auf_o Diese können vorteilhaft dadurch erzielt werden, daß der Abgassammelkanal aus Rohrabschnitten unterschiedlichen Durchmessers zu-="

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_ zuist«■ Diese Maßnahmen führen zu weiteren Querscimittsänderungen des Abgassammeikanals und damit zn einer zusätzlichen Dämpfung der von einzelnen Zylindern bei Freigabe der Auslaßöffnungen ausgehenden Druckwelle. Um diese Dämpfung weiterhin zu verbessern ist es vorteilhaft, unsymetrische Bedingungen für aas Yorbeiströmen der Abgase in Längsrichtung zu schaffen, indem die Abgasverbindungskanäle eine exzentrische Lage in dem Abgassammelkaaal aufweisen«

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den zusätzlichen Unteransprüchen.

Es zeigen

Figur 1 eiae schematisch.© Darstellung eines Zweitaktmotors mit dem erfindungsge™ mäßen Abgassammelkanal in einem Querschnitt ,

Figur 2 ■ eine schematische Darstellung eines

Zweitaktmotors mit Abgasventilsteuerung in einer der Figur 1 entsprechenden Dar-

Figur 5 ©in© sehematiseJie Darstellung eines

Zweitaktmotors mit gegenlaufenden Kolben ia eiaer der Figur 1 entspreehenden Dar-

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Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV

in Figur 1 in verkleinerter Darstellung.

In Figur 1 ist mit 1 ein Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, in dem sich ein Kolben 2 auf- und abbewegt, bezeichnet. In dem Zylinder 1 befinden sich seitlich Auslaßöffnungen 5 für das Abgas. Die Auslaßöffnungen 3 jedes Zylinders 1 sind mit je einem Abgasverbindungskanal 4 verbunden. Die Querschnittsflächen am Abgaseintritt jedes Abgasverbindungskanals 4 sind so bemessen, daß sie etwa gleich der Summe der Querschnittsflächen der zugehörigen Auslaßöffnungen 3 des Zylinders Λ sind. Die Abgasverbindungskanäle 4 sind bis in einen Abgassammelkanal 5 hinein verlängert. Die in den Abgassammelkanal 5 hereinragenden Enden 7 der Verbindungskanäle 4 sollen soweit in den Abgassammeikanal 5 hereingeführt sein, daß sie mindestens die Länge des halben Durchmessers des Abgassammeikanals 5 haben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abgasverbindungskanäle 4 soweit in den Abgassammeikanal 5 hineingezogen, daß der freie Durchtrittsquerschnitt für das Abgas zwischen dem Ende 7 jedes Abgasverbindungskanals 4 und der davor befindlichen Wandung 8 des Abgassammeikanals 5 etwas größer als die Querschnittsfläche des Abgasverbindungskanals ¹V am Ende 7 bemessen ist., so daß die Abgasverbindungskanäle 4 mit der Wandung 8 des Abgassammelkanals 5 zusätzlich Pralldiffusoren bilden. Unterhalb der Auslaßöffnungen 3 für das Abgas aus dem Zylinder 1 befinden sich in diesem Zylinder 1 die öffnungen 9 für die Spülluft, die über eine Spülluftleitung 10 in die Brennkraftmaschine gefördert wird.

In Figur 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines an einem Zweitaktmotor anzubauenden erfindungsgemäßen Abgassammelkanals dargestellt. Hier sei mit 20 ein

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Zylinder, der in seinem oberen Bereich 21 die Auslaßöffnungen 22 für das Abgas eines jeden Zylinders 20, die mittels eines Ventils 23 gesteuert werden, bezeichnet. Diese Auslaßöffnungen 22 sind mit je einem Abgasverbindungskanal 24-, der in einen Abgassammelkanal mündet, wie in Figur 1 bereits beschrieben, verbunden. Jedoch ist dieser Abgasverbindungskanal 24 gekrümmt und in seiner Lage exzentrisch zu der Abgassammelkanallängs achse A-A ausgeführt. In einem unteren Bereich 26 befinden sich die öffnungen 27 für die Spülluft. Diese öffnungen 27 sind gleichmäßig am Umfang der V/andung des Zylinders 20 verteilt, da es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen gleichstromgespülten Zweitaktmotor handelt. In diesem EaIl wird der Eintritt der Spülluft durch die öffnungen 27 von dem Kolben gesteuert.

In Figur 3 ist ebenfalls ein gleichstromgespülter Zweitaktmotor dargestellt· In diesem Fall weist dieser Zweitaktmotor gegenlaufende Kolben 30, 31 auf. Hier sind in einem oberen Bereich 32 der Zylinder 33 auf jeweils den gegenüberliegenden Seiten dieser Zylinder 33 die Auslaßöffnungen für das Abgas vorgesehen. Diese Auslaßöffnungen 3^ sind pro Zylinder mit zwei Abgasverbindungskanälen 35 verbunden, die ebenfalls im Abgassammeikanal 36, der ebenso aufgebaut ist wie in Figur 1 bereits beschrieben, münden. In einem unteren Bereich 37 sind ebenfalls, wie in Figur 2 erwähnt, öffnungen 38 für die Spülluft vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die öffnungen 38 für die Spülluft von dem Kolben 31 und die Auslaßöffnungen für das Abgas von dem Kolben 30 gesteuert.

Figur A- und 5 lassen dabei die Anordnung der Abgasver-r 609818/0082 . '^/m

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bindungskanäle 4 in dem Abgassammelkanal 5 erkennen. Die mit rechteckigem Querschnitt ausgeführten Abgasverbindungskanäle A- sind senkrecht zu der Abgassannelkanallängsachse A-A angeordnet. Die längeren Seiten dieser rechteckigen Querschnitte jedes Abgasverbindungskanals 4 verlaufen entlang der Abgassammelkanallängsachse A-A. Das Abgas strömt in Pfeilrichtung durch die Verbindungskanäle 4·, dann in Pfeilrichtung entlang der Abgassammelkanallangsach.se A-A zu den beiden stirnseitigen Abgasaustritten 12 und von dort in die nicht näher dargestellten Abgasturbolader. Ferner ist aus den Schnittanordnungen, wie in den Figuren 4- und 5 dargestellt, zu entnehmen, daß der Abgassammelkanal 5 aus Rohrabschnitten unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt ist, so daß zwischen den Enden 7 der Abgasverbindungskanäle 4- Einschnürungen 14 entstehen. Diese Einschnürungen 14 können unterschiedliche Breiten aufweisen, je nach Anordnung der Abgasverbindungskanäle 4_S da diese jeweils zwischen den Einschnürungen 14 angeordnet sind, so daß eine seitliche Abschirmung der Abgasverbindungskanalmündung entsteht.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung kann der Ladungswechsel erheblich verbessert werden» Hierbei bietet sich .die Möglichkeit, die in der Gassäule im Verbindungskanal während der "Vorauslaß"-Periode gespeicherte kinetische Energie nach Einlaß öffnet direkt für das Einsaugen der Spülluft in den Zylinder 1_s 20, 33 auszunutzen. Durch eine derart günstige_%Formgebung der an die Auslaßöffnungen angeschlossenen Verbindungskanäle 4-, 24, 35 kann die Höhe der kinetischen Energie der Gassäule optimal gewählt und mit kleinen Verlusten ausgenutzt werden» Die kinetische

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Energie der Gassäule in den Abgasverbindungskanälen ^s 24, 35» deren Größe' mit ansteigendem Aufladegrad wächst, wird ferner direkt für den Ladungswechsel ausgenutzt. Dabei werden die Energieverluste auf der Abgasseite kleiner, so daß der scheinbare Durchflußwiderstand des TIo to rs sinkt«, Die nach dem Prinzip eines Diffusors ausgebildeten Abgasverbiadungskanäle 4, 24, 35 haben weiter den Vorteil,, daß der Druck nach den Auslaßöffnungen 3% 22, 34 während der Vorauslaß-Periode nur wenig ansteigt. Unter Vorauslaß-Periode versteht man bei einem Zweitaktmotor, daß bereits die Auslaßschlitze geöffnet haben während die Spülschlitze noch geschlossen sind» Eer Druck in den Zylindern 1, 20, 33 muß soweit abgesunken sein, so daß erst danach die Spülschlitze öffnen, da sonst die Abgase durch die Spülschlitze· in die Spülluftleitung zurückströmen können» Sobald der Druck in den Zylindern 1, 20, 33 unter den Spüldruck abgesunken ist, werden die öffnungen 9s 27ί 38 für die Spülluft freigegeben«,

Die im ganzen Lastbereich erzielte Verbesserung ist im Teillastbereich besonders groß- Der kleine Abstand zwischen Auslaß öffnet und Einlaß öffnet wirkt sich am Anfang und bei symmetrisch gesteuerten Motoren auch am Ende der Ladungswechselperiode positiv aus. Die Saugwirkung der Säule im Abgasverbindungskanal 4, 24, 35 unterstützt deutlich die Einleitung des Spül Vorgangs«, In der ersten Phase des Spülvorgangs₉ die auch als Verdrängerphase bezeichnet wird, wird das Abgas durch die Spülstrahlfront aus dem Zylinder 1_S 20, 35 verdrängte Ia der zweiten Phase vermischen sich Spülluft und Abgase. Der Frischluftanteil der aus dem Zylinder strömenden Abgase steigt demzufolge während der Spülperiode laufend aa» Wird bei

den erfindungsgemäßen Abgasverbindungskanälen 4, 24, 55 die maximale Länge, indem er bis kurz vor die Wandung 8 des Abgassammeikanals 5» 25, 36 geführt ist, vorgesehen, so wirken sich diese Abgasverbindungskanäle 4, 24, 35 auch während der sogenannten Nachauslaß-Periode positiv aus. Ein Nachladeeffekt tritt dabei dann auf, wenn ein anderer Zylinder die Auslaßöffnungen 3, 22, 34 für das Abgas öffnet und das Abgas herausströmt. Durch dieses Aüströmen entstehen Druckwellen, die durch den Abgas sammelkanal 5» 25» 36 hindurchlaufen. Diese Druckwellen versuchen das bereits aus den Zylindern herausgespülte Gemisch von Spülluft und Abgas in den Zylinder zurückzudrücken. Bei der Ausgestaltung nach Figur 1,

bei der die Abgasverbindungskanäle 4, 24, 35 erfindungsgemäß ausgebildet sind, wird die in den Zylinder zurückströmende Restabgasmenge sehr gering sein, da sich in seinem zylinderseitigen Ende viel Spülluft und sehr wenig Abgase befinden. Außerdem ergibt sich infolge der größeren Gasmassen in den Abgasverbindungskanälen 4, 24, 35 eis stärkerer Unterdruck in den Zylindern 1, 20, 33» der zu einer das Eintreten der Spül- bzw. Ladeluft begünstigenden Saugwirkung führt. Bei Brennkraftmaschinen, deren Auslaßöffnungen 3, 22, 34 über den öffnungen 9, 27, 3S für die Spülluft liegen, kann hiermit der Beginn des Abgasausstoßes zurückgelegt und dadurch ein längerer Arbeitshub und somit eine bessere Ausnutzung des Kraftstoffs erreicht werden.

Durch die Einschnürungen 14, wie aus den Figuren 4 und zu entnehmen ist, werden die Querschnitte des Abgassammelkanals 5, 25, 36 verändert, so daß die durch diesen Abgassammelkanal 5, 25, 36 durchlaufende Druckwelle von den

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anderen Zylindern durch die Einschnürungen eine Dämpfung erfahren und somit entschärft werden. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, durch eine exzentrische Lage des Abgasverbindungskanals 24-, wie in Figur 2 dargestellt, im Abgassammeikanal 25 unsymmetrische Bedingungen für das Vorbeiströmen der Abgase in Längsrichtung des Abgassammelkanals 25 und so eine weitere Verbesserung der Dämpfung zu schaffen.

Außerdem besteht die Möglichkeit, den Abgassammelkanal 5> 25, 36 und die Abgas Verbindungskanäle 4-, 24-, 35 mit runden oder ovalen Querschnitten auszugestalten, so daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

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Claims (11)

244962 P.B. 28C6/1221 - tf - Ansprüche

1. Unaufgeladene oder mittels eines Abgasturboladers

im Staub.etrieb aufgeladene Zweitakt-Brennkraftmaschine, deren Abgassammeikanal über je einen oder mehrere Abgasverbindungskanäle mit den Auslaßöffnungen jedes Zylinders in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abgasverbindungskanal (4-, 24-, 35) bis in den Abgassammelkanal (5, 25, 36) hinein verlängert ist und der in den Abgassammeikanal (5» 25, 36) hineinragende Abschnitt jedes Abgasverbindungskanals (4-, 24·, 35) mindestens die Länge des halben Durchmessers des Abgassammeikanals (5₅ 25? 36) hat sowie etwa senkrecht zur Abgassammelkanallangsach.se (A-A) verläuft.

2. . Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch. 1, dadurch

gekennzeichnet, daß zumindest das Austrittsende (?) jedes Abgasverbindungskanals (4-„ 25» 35) einen Diffusor bildet.

3· Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch · • gekennzeichnet, daß jeder Abgasverbindungskanal (4-, 24, 35) zumindest im Bereich des in den Abgassanmelkanal (5₅ 251 36) hineinragenden Abschnitts eine einen Diffusor bildende stetige Querschnittserweiterung aufweist.

4·. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abgasverbindungskanal (4-, 24-, 35) soweit in den Abgas sammelkanal (5»

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·/· ' ORIGINAL'INSPECTED

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25, 36) hineinragt, daß die freie Abströmfläche zwischen dem Abgasverbindungskanal (4, 24, 35) und der davor befindlichen Wandung (8) des Abgas sammelkanals (5, 25» 36) zur Bildung eines Pralldiffusors gleich oder geringfügig größer als die Austrittsquerschnittsfläche des Abgasverbindungskanals (4, 24, 35) ausgebildet ist.

5. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der engste Querschnitt eines jeden Abgasverbindungskanals (4, 24, 35) etwa gleich der Summe der Querschnitte der zugehörigen Auslaßöffnungen (3, 22, 34) des Zylinders (1, 20, 33) bemessen ist.

6. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (7) der Abgasverbindungskanäle (4, 24, 35) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

7. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die längeren Seiten des rechteckigen Austrittquerschnitt Jedes Abgasverbindungskanals (4, 24, 35) in Richtung der Längsachse (A-A) des Abgassammeikanals (5» 25, 36) erstrecken.

8. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgassammelkanal (5» 25» 36) zwischen den Enden (7) der Abgasverbindungskanäle (4, 24, 35) Einschnürungen (14) aufweist.

9. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zwischen den Enden (7)

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der Abgasverbindungskanäle (4, 24, 35) in der Wandung (3) des Abgassammeikanals (5» 25, 36) vorgesehenen Einschnürungen (14) die Abgasverbindungskanäle (4, 24, 35) gegeneinander teilweise abgeschirmt sind.

10. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgassanmelkanal (5» 25, 36) zur Bildung der Einschnürungen (14) ) aus Rohrabschnitten unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt ist.

11. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasverbindungskanäle (24) eine exzentrische Lage in dem Abgassammel-

' kanal (25) aufweisen.

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