DE555151C - Vorrichtung zum Auskehren der Arbeitszylinder bei Brennkraftmaschinen mit Druckluft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum wirksamen und zuverlässigen Entfernen der Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinder der Brennkraftmaschinen, besonders der Motoren derjenigen Art, bei welchen diese Gase aus dem Zylinder durch komprimierte Luft ausgetrieben werden, ζ. B. aus dem Kurbelgehäuse oder einem Druckkessel, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Motoren, in welchen der Arbeitskolben die Verbrennungsgase nicht unmittelbar aus dem Zylinder austreibt. Die Erfindung wird in der Beschreibung auf eine Zweitaktmaschine angewendet erklärt, welche mit einem Auspufftopf versehen ist. In den Motoren dieser Art werden die Verbrennungsgase bekanntlich in den Auspufftopf durch Freiwerden von Auspufföffnungen getrieben, die in der Zylinderwandung vorgesehen sind und durch den Arbeitskolben freigelegt werden. Diese Gase gehen dann aus dem Auspufftopf in das Auspuffrohr und aus diesem in die Außenluft hinaus. Unmittelbar nachdem die Verbrennungsgase in den Auspufftopf eingeströmt sind und während die Auspufföffnungen noch freigelegt sind, soll der Arbeitszylinder mit Frischluft für die nächste Ladung gefüllt werden. Aus diesem Grunde ist es von großer Wichtigkeit, daß die Verbrennungsgase derart vollständig aus dem Zylinder ausgetrieben werden, daß das Laden des Zylinders mit ganz reiner Frischluft möglich ist, und daß die Menge der für die nächste Ladung erforderlichen Luft in den Zylinder innerhalb der kurzen Zeit zutreten kann. Es ist bekannt, daß sowohl der Auspufftopf als auch die aus demselben ausmündende Auspuffleitung unter gewissen Umständen eine günstige Wirkung auf das Auskehren der Brenngase aus dem Arbeitszylinder, den Leistungsgrad des Motors und den Brennstoffverbrauch ausüben. Dies scheint darauf zu beruhen, daß nach jedem Auspuff eine Druckverminderung außen an den Auspufflöchern des Arbeitszylinders bewirkt wird. In der Regel ging aber dieseDruckverminderung zu spät vor sich und erfolgte in dem Zeitpunkt, als das Auskehren ganz oder nahezu beendet war, denn es waren bisher keine Mittel bekannt, um die genannte Tatsache des Druckabfalls technisch auszunutzen. Durch die vorliegende Erfindung wird ermöglicht, daß in jedem Falle der Druckabfall außen an den Auspufflöchern während des Auskehrens selbst erfolgt und daß das Auskehren unabhängig von dem Verhältnis zwischen dem Schwingen der Gassäule in der Auspuffleitung und der Umdrehungszahl des Motors gemacht wird. Dieser Zweck wird erfindungsgemäß erreicht durch Anordnung eines oder mehrerer zusätzlicher Rohre oder Kanäle in Verbindung mit dem Auspufftopf oder der Auspuffleitung in der Weise, daß die aus dem Arbeitszylinder entweichenden Brenngase

ebenfalls durch diese Zweigrohre oder Kanäle gehen und somit deren freies Entweichen erleichtert wird, wodurch wiederum die genannte Druckverminderung außen an den Auspufflöchern rasch und in größerem Betrag während des Auskehrens vor sich gehen kann. Außerdem ist die Bemessung des Rohres derart gewählt, daß durch die gegenseitige Einwirkung der aus bekannten Gründen in ίο dem Auspuffrohr und ebenfalls in dem Zweigrohr zurückprallenden Gase die Gase gehindert werden zurückzukehren und den Druckabfall zu vermindern und schädlich zu beeinflussen, solange noch die Auspufflöcher geöffnet sind. Ein mehr vollkommenes Auskehren und Frischfüllen mit Luft kann so erreicht werden, als dies bisher möglich war. Die Zeichnungen veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. Abb. ι zeigt die Erfindung in Anwendung auf einen Auspufftopf einer Zweitaktmaschine mit Zündrohr in lotrechtem Schnitt bzw. Endansicht.

Abb. 2 ist die Seitenansicht des Auspufftopfes.

Abb. 3 zeigt die Seitenansicht des Auspufftopfes der zweiten Aus führungs form. Abb. 4 bis 7 zeigen Druckdiagramme. Die Zweitaktmaschine nach Abb. 1 ist von gewöhnlicher Bauart. 1 ist der Arbeitszylinder mit dem Kolben 2, der mit der Kurbel 4 der Welle durch die Schubstange^ verbunden ist. 5, s sind Luftzutrittsventile für das Kurbelgehäuse 6. 7 ist ein Kanal von dem Kurbelgehäuse zu der öffnung 8 in der Wandung des Arbeitszylinders, und 9 ist eine Öffnung in dieser Wandung zum Entweichen der Verbrennungsgase. 10 ist das Zündrohr der Maschine. Die Maschine arbeitet in üblicher Weise. Während sich der Kolben 2 nach aufwärts bewegt, wird Luft in das Kurbelgehäuse 6 durch die Ventile 5 eingesaugt, und diese Luft wird dann bei dem nachfolgenden Abwärts- oder Arbeitshub des KoI-bens 2 zusammengepreßt. Wenn sich der Kolben seiner untersten Lage nähert, macht er die öffnungen 8 und 9 frei, wodurch die komprimierte Luft aus dem Kurbelgehäuse in den Zylinder eintritt und die Verbrennungsgase durch die Öffnung 9 austreibt, gleichzeitig den Zylinder mit Frischluft füllend. Diese im Zylinder eingeschlossene Luft wird dann beim nächsten Aufwärtshub des Kolbens zusammengepreßt, wonach der Brennstoff in den Zylinder in fein verteiltem Zustande eingespritzt, verdampft und durch die Wärme der Kompression sowie das Heizrohr 10 entzündet wird, wonach der Arbeitshub erfolgt.

Ein Auspuffbehälter 11 steht mit der Öffnung 9 in Verbindung, und dieser Behälter besteht in bekannter Weise aus einem zylindrischen Kessel, in welchen die Verbrennungsgase aus dem Zylinder in im wesentlichen tangentialer Richtung eintreten. Ein Rohr 12 dehnt sich von der einen Endwandung des Auspufftopfes aus und ist bestimmt, die Verbrennungsgase nach der Außenluft zu führen. Gemäß Abb. 2 ist ein zusätzliches Rohr 13 mit dem Auspuffrohr 12 verbunden; praktische Versuche haben gezeigt, daß durch entsprechende Anordnung der beiden Rohre 12, 13 das Auskehren des Arbeitszylinders und das Laden desselben mit Frischluft wesentlich durch das zusätzliche Rohr 13 verbessert wird. Diese Verbesserung ist aus den Abb. 4 bis 7 ersichtlich.

Die Diagramme nach Abb. 4 und 5 wurden mit einem Motor aufgenommen, dessen Auspufftopf mit dem gewöhnlichen Auspuffrohr versehen war. Abb. 4 zeigt die Änderungen des Druckes in dem Auspufftopf, und Abb. 5 zeigt diese Änderungen in dem Kurbelgehäuse. Aus diesen Diagrammen ist ersichtlich, daß bei dem Freiwerden der Öffnungen 8 und 9 der Druck in dem Auspufftopf 11 rasch ansteigt und dann sinkt, jedoch nicht sofort, und zwar bis zu der Linie des Atmosphärendruckes; jedoch besteht noch in dem Auspufftopf ein gewisser Druck bis zu dem Punkt a, go somit während des größten Teiles der Zeit, während welcher die Öffnungen freigelegt sind. Gemäß dem Diagramm nach Abb. 5 des Kurbelgehäuses sinkt der Druck in diesem Gehäuse bis auf den Atmosphärendruck erst beim Punkt b, und zwar infolgedessen, weil in dem Auspufftopf in dem Punkt α Druck vorhanden ist. Der Druck in dem Auspufftopf bedeutet in Wirklichkeit, daß nicht sämtliche Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinder ausgetrieben worden sind. In bezug auf den Restdruck in dem Kurbelgehäuse wird dadurch eine Verminderung der Leistung der Auskehrpumpe bewirkt, und zwar infolgedessen, daß der KoI-ben 2 die Frischluft erst von dem Punkt b an anzusaugen beginnt. Wesentlich bessere Resultate erhält man für das Auskehren usw., wenn man erfindungsgemäß das zusätzliche Rohr 13 vorsieht, wie dies aus den Druck- no diagrammen für den Auspufftopf nach Abb. 6 und das Kurbelgehäuse nach Abb. 7 ersichtlich ist. Diese Diagramme wurden an derselben Maschine und in demselben Auspufftopf vorgenommen wie die nach Abb. 4, 5, n₅ jedoch nachdem das Rohr 12 mit dem zusätzlichen Rohr 13 versehen worden ist. Der Druck in dem Auspufftopf sinkt unterhalb die Atmosphärenlinie unmittelbar nach dem Entweichen der Verbrennungsgase aus dem Topf, und ein gewisser Unterdruck entsteht in dem Auspufftopf so lange, wie die öffnun-

gen 8 und g freigelegt worden sind. Dies hat zur Folge, daß der Druck in dem Kurbelgehäuse 6 rasch unter die Atmosphärendrucklinie sinkt (Abb. 7), so daß in dem Kurbelgehäuse unmittelbar nach dem Auskehren Unterdruck geschaffen wird, und dies hat wiederum zur Folge, daß die Luftventile 5 sofort geöffnet und Frischluft in das Kurbelgehäuse eingesaugt wird. Diese Saugwirkung ίο wird dann durch den Arbeitskolben fortgesetzt, wodurch der ganze Hub des Kolbens nützlich wird. Der Unterdruck in dem Auspufftopf hat ferner die Wirkung, daß die Verbrennungsgase, welche noch in dem Arbeitszylinder geblieben sind, herausgesaugt werden, und dies unterstützt das Laden des Arbeitszylinders mit der Frischluft aus dem Kurbelgehäuse. Die verbesserte Wirkung des Auskehrsystems infolge des Zusatzes des Rohres 13, welche Wirkung durch Versuche betätigt wurde, könnte in unterschiedlicher Weise erklärt werden. Diese Erklärung wird später angegeben, nachdem noch die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, und diese Erklärung ist sehr wahrscheinlich.

Der Auspufftopf 11 nach Abb. 3 ist mit dem Arbeitszylinder durch das Rohr 18 verbunden, iz ist das Auspuffrohr. Das zusätzen liehe Rohr 19 ist bei dieser Ausführungsform in einer Bodenwandung 20 des Auspufftopfes dicht befestigt. Dieses Rohr verläuft nach aufwärts in den Auspufftopf und nach abwärts in eine Kammer 21, welche durch Öffnungen 22 mit der Außenluft in Verbindung steht. In dem Rohr 19 ist eine Klappe 23 vorgesehen, die durch Handgriff 24 zu betätigen ist.

Da die beiden beschriebenen Ausführungs-

\o formen in ähnlicher Weise wirksam sind, so genügt die Erklärung der Arbeitsweise des Auspufftopfes nach Abb. 2, um die Erfindung zu erläutern.

Die Begründung, weshalb durch die An-Ordnung des zusätzlichen Rohres 13 bessere Wirkung erzielt wird, ist die folgende:

Damit das Zusatzrohr 13 die bezweckte Wirkung haben soll, kann es einen solchen Winkel, z. B. 20⁰ bis 120⁰, mit dem im Rohre 12 sich bewegenden Abgasstrom bilden, daß hauptsächlich Prallen und nicht Saugen oder Ejektorwirkung im Zusatzrohr entsteht, während das Abgasrohr selbst so bemessen sein soll, daß die Abgase in demselben eine geringere Schwingungsweite haben als die in dem Teil des Rohres 12, der außerhalb der Verbindungsstelle zwischen den beiden Rohren liegt.

Bei jedem Gaspuff strömen die Brenngase aus dem Arbeitszylinder teils in das Auspuffrohr 12 und teils in das Zweigrohr 13, so daß das so erleichterte Entweichen eine rasche und frühzeitige Druckverminderung außerhalb der Auspufflöcher 9 bewirkt. Nachdem die Gase in die Rohre 12, 13 eingetreten sind, greift das Zurückprallen der Gase in dem Rohr 13 und demjenigen Teil des Rohres 12, welcher sich außerhalb der Verbindungsstelle der Rohre befindet, ein, und zwar hauptsächlich als Folge des Widerstandes der Rohre gegen den Gasdurchfluß (Reibung der Gasteilchen gegeneinander und an den Rohrwandungen), wodurch die Rückkehr der Gase zu dem Auspuffbehälter verursacht werden könnte. Da jedoch die Abgase im Zweigrohr 13 eine geringere Schwingungsweite haben als die Abgase in dem außerhalb der Verbindungsstelle der Rohre befindlichen Teil des Auspuffrohres 12, so wird das Zurückprallen der Gase 13 zeitiger vor sich gehen als in dem genannten Teil des Auspuffrohres 12. Diese zurückprallenden Gase treten in den Teil des Auspuffrohres 12 ein und heben den in dem letzteren vorhandenen Unterdruck auf, verhindern somit oder verringern wesentlieh die Neigung der Gase im Rohr 12, zu dem Ausgangspunkt zurückzukehren. Der bereits vorhandene Unterdruck an den Auspufföffnungen 9 wird durch diese letzteren Gase während der ganzen Dauer des Auskehrens nicht mehr beeinflußt, und das Nachströmen der noch im Arbeitszylinder vorhandenen Brenngase unter gleichzeitigem Nachziehen der Luft, z. B. aus dem Kurbelgehäuse, kann ungehindert vor sich gehen bzw. wird derart beschleunigt, daß im Maße, wie der Zylinder sich von Gasen entleert, die Frischluft nachströmt und den Zylinder füllt, ohne auf die Gase austreibende Wirkung auszuüben. Dadurch wird der Leistungsgrad des Motors gesteigert.

Ist das Zusatzrohr an den Auspufftopf angeschlossen, so ist seine Richtung von untergeordneter Bedeutung, doch müßte das Zusatzrohr auch in diesem Falle so bemessen sein, daß die Abgase in demselben eine geringere Schwingungsweite haben als die Abgase in dem vom Auspufftopfe gehenden Abgasrohre.

Da die Luft in dem zusätzlichen Rohr 19 n₀ (Abb. 3) bis zu gewissem Grade nach rückwärts bei jedem Puff aus dem Arbeitszylinder zurückgedrängt und infolgedessen ein Teil dieser Luft durch das freie Ende des genannten Rohres entweichen wird, so werden Stöße hervorgerufen werden. Um diese Stöße zu mildern, dient die Kammer 21 am Boden teil des Auspufftopfes nach Abb. 3 als ein Dämpfer. Da die Gaspüffe beim Anlassen der Maschine die Neigung haben, in das Rohr 19 einzutreten, so besitzt das Rohr 19 eine Drosselklappe 23, welche das Rohr während

des Anlassens der Maschine schließt. Während der Zeit, wenn diese Klappe geschlossen ist, ist das Auskehren des Arbeitszylinders nicht so wichtig, und ebenfalls ist der Zutritt von Frischluft zu dem Arbeitszylinder geringer, da die Maschine mit sehr geringer Belastung läuft.

Versuche haben gezeigt, daß das zusätzliche Rohr bzw. Rohre mit denselben günstigen Resultaten irgendwo in dem Auskehrsystem vorgesehen sein kann, so z. B. kann das zusätzliche Rohr sich von der Seitenwandung des Auspufftopfes ausdehnen, und zwar entweder nach einwärts oder nach auswärts oder teilweise nach einwärts und teilweise nach auswärts, wie strichpunktiert bei 26 (Abb. 2) dargestellt ist. Ferner kann das zusätzliche Rohr sich von dem Verbindungskanal ausdehnen, welcher den Arbeitszylinder mit dem Auspufftopf 11 verbindet, wie strichpunktiert bei 27 (Abb. 1) dargestellt ist.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ist der Hauptzweck der Erfindung die Bildung eines Vakuums oder eines verminderten Druckes außerhalb der Auspufföffnung des Arbeitszylinders. Dieser Unterdruck dauert wenigstens während der ganzen Zeit an, wenn diese Auspufföffnung freigelegt ist, damit in dieser Weise eine wirksame Auskehrung des Arbeitszylinders bewirkt werden kann. Somit kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wenn man das Auspuffrohr, welches mit dem zusätzlichen Rohr oder dem Luftzutrittsventil versehen ist, unmittelbar mit der Auspufföffnung des Arbeitszylinders verbindet, mit anderen Worten, den Auspufftopf fortläßt. Aus praktischen Gründen ist es jedoch empfehlenswert, die Verbrennungsgase zunächst in dem Auspufftopf zum Expandieren zu bringen.

Die Erfindung kann ebenfalls auf Maschinen anderer Arten und auf andere Auspufftöpfe als dargestellt ausgedehnt werden, beispielsweise auf Maschinen derjenigen Gattung, in welcher ein Gemisch von verdampftem Brennstoff und Luft in den Zylinder, z. B. aus dem Kurbelgehäuse, eingepreßt wird. Anstatt eines zusätzlichen Rohres oder Kanals können zwei oder mehrere zusätzliche Rohre oder Kanäle angewendet werden, deren Länge, Lage, Richtung usw. nach Versuchen zweckentsprechend ausgebildet sein können. Das zusätzliche Rohr nach Abb. 2 steht z. B. mit der Außenluft in Verbindung; es kann jedoch an seinem offenen Ende zu einem nicht dargestellten Behälter führen, welcher die Stöße mildert, welche bei dem Rückstoß der Luft in dem Zusatzrohr bei jedem Auspuff aus dem Arbeitszylinder entstehen. In der Beschreibung wurden die Gasströme von den Luftströmen unterschieden, in gewissen Fällen wird jedoch ein Gemisch von Gas und Luft darunter verstanden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: _6ς

   ι. Vorrichtung zum Auskehren der Ar- · beitszylinder von Brennkraftmaschinen mittels Druckluft, die beispielsweise von einer Kurbelgehäusepumpe geliefert oder einem Behälter entnommen wird, mit einer Auspuffvorrichtung, die ein Auspuffrohr und vorzugsweise einen mit diesem verbundenen Auspufftopf umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß an das Auspuffrohr (12) ein zu der Außenluft führendes Zusatzrohr (13) angeschlossen ist, das zu dem im Rohr (12) sich bewegenden Auspuffstrom einen solchen Winkel bildet (etwa 20⁰ bis 120⁰), daß hauptsächlich ein Zurückprallen und nicht eine E j ektorwirkung im Zusatzrohr erfolgt und daß das Zusatzrohr so bemessen ist, daß die in dieses eingetretenen Auspuffgase eine geringere Schwingungsweite haben als die in den Teil des Rohres (12) außerhalb der Verbindungsstelle des Zusatzrohres eingetretenen Auspuffgase, so daß durch Wechselwirkung der in der Auspuffvorrichtung und der im Zusatzrohr zurückprallenden Auspuffgase die • letzteren gehindert werden, zu dem Arbeitszylinder zurückzukehren und den Unterdruck außerhalb der Auspufföffnungen während der Dauer des Auspuffes zu vermindern oder aufzuheben.
2. 2. Vorrichtung mit einem Auspufftopf nach Anspruch 1, aber mit dem Unterschied, daß das Zusatzrohr unter einem beliebigen Winkel, und zwar an den Auspufftopf selbst angeschlossen und so bemessen ist, daß die in dieses einströmenden Abgase eine geringere Schwingungsweite haben als die in das vom Auspuff abführende Abgasrohr einströmenden Abgase.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Rohr (13) (oder die Rohre) mit Klappen (23) versehen sind, durch die der Austritt der Gase aus dem Auspufftopf beim Anlassen der Maschine verhindert werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen