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Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Zweitaktbrennkraftmaschinen
derjenigen Art, bei der die Abgase den Zylinder mit einer Geschwindigkeit verlassen,
die höher als diejenige ist, die erreicht werden kann, wenn die Gase allein adiabatisch
expandieren, und bei der die Abgase den Zylinder in einem solchen kurzen Zeitraum
verlassen, daß s'ie vollständig oder iin wesentlichen vollständig aus dem Zylinder
in das Auspuffsystem als eine Masse austreten, die hinter den Gasen einen hohen
Unterdruck zurückläßt, der bis zu einem Vakuum ansteigen kann.
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Solche Maschinen sind bekannt.
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Bei einer derartigen Brennkraftmaschine tritt, wenn die Auslaßöffnung
sich öffnet, zunächst eine Verzögerungsperiode ein, während welcher keine merkbare
Bewegung in dem gasförmigen Medium außerhalb der Auspufföffnung stattfindet, und
.nachdem diese Verzögerung aufgehört hat, strömen die Abgase aus dem Zylinder als
eine Masse mit hoher Geschwindigkeit heraus und lassen einen tiefen Unterdruck in
dem Maschinenzylinder und in dein dem Maschinenzylinder benachbarten Teil des Auspuffrohres
zurück. Es folgt dann eine Umkehr in der Strömungsrichtung der Abgase, wodurch der
Unterdruck zuerst wieder zerstört wird und dann der Druck in dem dem Zylinder benachbarten
Teil des Auspuffrohres und in dem Zylinder selbst über Atmosphärendruck ansteigt,
wenn die Auspufföffnung dann offen ist.
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Das Auftreten des obenerwähnten Unterdruckes, seine Dauer und sein
Aufhören können _ durch bekannte Einrichtungen bestimmt werden. Wenn eine Einlaßöffnung
in dem Zylinder geöffnet wird, nachdem die Auspufföffnung geöffnet worden ist, aber
mit der erforderlichen Verzögerung, um sicherzustellen, daß sich in diesem Zeitpunkt
dann die Abgase durch die Auspufföffnung oder -leitung auswärts bewegen und infolgedessen
eine Saugwirkung an der Einlaßöffnung als Folge des Austritts der Gase als Masse
aus dem Zylinder erzeugt wird, so kann eine frische Ladung durch diese Einlaßöffnung
durch atmosphärischen Druck allein eingeführt «erden.
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i\'un entspricht das Intervall, das zwischen dem Beginn der Öffnung
des Auspuffs und der Umkehr in der Bewegungsrichtung der Abgase liegt: die deren
Austritt als Masse aus dem Zylinder folgt, einer Zeitdauer, die in weitem Maße unabhängig
von der Maschinengeschwindigkeit ist. Infolgedessen wird sich dieses Zeitintervall
über einen größeren Kurbelwinkel bei hohen Maschinengeschwindigkeiten als bei niedrigeren
Maschinengeschwindigkeiten erstrecken. Wenn die Bewegungsumkehr
der
Abgase zu bald erfolgt und während der Zeit, während der die Auspufföffnung noch
offen ist, so können Abgase in den Zylinder wieder eintreten, und wenn die Einlaßöffnung
in diesem Zeitpunkt auch offen ist, so kann ein Teil der frischen Ladung aus dem
Zylinder wieder herausgedrückt werden. Andererseits kann, wenn die Einlaßöffnung
sich schließt, während in der Auspuffleitung noch ein Unterdruck besteht und .die
Auspufföffnung dann noch offen ist, ein Teil der frischen Ladung aus dem Zylinder
in die Auspuffleitung gesaugt werden.
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Die erste dieser schädlichen Wirkungen wird am häufigsten bei niedrigen
Geschwindigkeiten und die letzte bei hohen Geschwindigkeiten auftauchen. Entsprechend
der Erfindung wird eine Menge Frischgas in das Auspuffsystem während der Auspuffperiode
eingeleitet. Diese frischen Gase können dazu dienen, um die Rückkehr der Abgase
zu verzögern und ihren Wiedereintritt in den Zylinder zu verhindern, oder sie können
dazu dienen, jeden infolge einer verlängerten Saugwirkung in der Auspuffleitung
entstehenden Verlust an Ladung zu bekämpfen. In dieser Art und Weise wird also das
Laden .des Zylinders verbessert.
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Um diesen Anforderungen der Erfindung zu,.- genügen, müssen .die frischen
Gase in die Auspuffleitung eingeführt werden, während die Auspufföffnung noch offen
ist und an einer Stelle in der Auspuffleitung, die näher zu dem Zylinder liegt als
der Punkt in der Auspuffleitung, von dem aus die Rückkehr der Abgase .auftritt.
Ferner muß die Einführung nach dem Austritt der Abgase als Masse aus dem Zylinder
erfolgen und bevor diese in ,den Zylinder zurückkehren.
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Wenn die frischen Gase unter atmosphärischem Druck zugeführt werden,
kann diese Zuführung nur erfolgen, während noch ein Unterdruck in der Auspuffleitung
vorhanden ist, und die für diesen Zweck verwendeten Mittel müssen derart sein, daß
sie eine Verbfindung zwischen .dem Innern .der Auspuffleitung und der Quelle von
Frischgas nur dann herstellen, wenn dieser Unterdruck in der Auspuffleitung besteht.
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Wenn die Zuführung unter einem höheren Druck als Atmosphärendruck
bewirkt wird, so wird in der Regel kein Vorteil erzielt werden, wenn man mit dieser
Zuführung beginnt; bevor der Massenaustritt der Abgase eintritt. Es wird auch nicht
von Vorteil sein, in der Zuführung noch nach dem Schließen der Auspufföffnung fortzufahren.
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Um einen Vorteil aus dieser Zuführung urfiter Druck zu erzielen, muß
die Menge und der Druck des eingeführten Frischgases gering gehalten werden. Der
Einblasedruck wird entsprechend dem Unterdruck in .der Auspuffleitung und entsprechend
der angestrebten Wirkung sich ändern, und er wird sich auch entsprechend der Leistung
und der Bauart der Maschine ändern.
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Wenn diese Einführung zu dein; Zweck erfolgt, um die Rückkehr der
Abgase zu bekämpfen oder zu verzögern, wird es nicht vorteilhaft sein, dieses Einblasen
der Frischgase in die Auspuffleitung zu Zeitpunkten vorzunehmen, in denen dieser
hohe Unterdruck in der Arbeitskammer und in der Auspuffleitung der Maschine besteht.
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Der vorteilhafteste Zeitpunkt für dieses Einblasen wird unmittelbar
vor .dem Auftreten der obenerwähnten Rückkehrwelle liegen. Dadurch wird verhindert,
daß die rückkehrenden Abgase wieder in den Maschinenzylinder eintreten und die dem
letzteren zugeführte neue Ladung austreiben. Die Gasmenge darf, um jeden Verlust
an Energie zu vermeiden, im allgemeinen nicht früher eingeführt werden als zu dem
Zeitpunkt, in dem die Rückkehrwelle entsteht, und darf nicht länger dauern als bis
zum Schließen der Auspufföffnung. In dieser Art und Weise wird dann die Dauer der
durch den Zylinder ausgeübten Saugwirkung verlängert, wodurch das Laden der Maschine
verbessert wird.
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Wenn das Einblasen oder die Zuführung von frischen Gasen in .die Auspuffleitung
am unteren Totpunkt des Kolbens bewirkt wird, wird dies @im allgemeinen für den
obenerwähnten Zweck zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Am zweckmäßigsten ist
es, dieses Einblasen kurz nach dem unteren Totpunkt beginnen zu lassen. Es ist nutzlos,
.dieses Einblasen oder diese Zuführung von frischen Gasen in die Auspuffleitung
nachdem Schließen der Auspufföffnung fortzusetzen.
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Die Einführung von frischen Gasen kann mit Bezug auf das Schließen
des Auspuffs und das Auftreten der Rückkehr der Abgase so festgelegt -Werden, -daß
die Abgase das Trägheitsvermögen der frischen Gase überwinden und diese in den Zylinder
pressen. Es werden dann frische Gase und nicht Abgase in den Zylinder gepreßt werden.
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In dem Falle, in dem die Auspufföffnung länger offen bleibt als die
Einlaßöffnung, kann diese Arbeitsweise bewirken, daß die in der Arbeitskammer enthaltene
Ladung einen etwas höheren Druck als den Atmosphärendruck im Augenblick des Schließens
der letzten Öffnung, also bevor die Kompression beginnt, besitzt. ° Eine beispielsweise
Ausführungsform der Erfindung, bei der frische Gase in die Auspuffleitung einer
Maschine unter Druck eingeführt werden, ist auf der Zeichnung .dargestellt.
Fig.
i ist ein Querschnitt durch eine Verbrennungskraftmaschine, die mit .einer Einrichtung
zur Ausführung der Erfindung versehen ist.
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Fig. z ist ein Zeitdiagramm bzw. Steuerungsdiagramm, das für eine
Maschine entsprechend Fig. i anwendbar ist.
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Die Zeichnung zeigt eine Verbrennungskraftmaschine, die einen Zylinderblock
i aufweist, der auf einem Kurbelgehäuse 2 befestigt ist und in dem sich ein Kolben
3 bewegt, der mit der Kurbelwelle 5 der Pleuelstange q: verbunden ist.
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Der Zylinder ist mit kolbengesteuerten Eimaß- und Auslaßöffnungen
6 bzw. 7 versehen, und bei .dein gewählten Ausführungsbeispiel stehen die Einlaßöffnung.en
6 mit der Atmosphäre in Verbindung und werden sehr kurze Zeit später als die Auslaßöffnungen
geöffnet, d. h. wenn ein teilweiser Unterdruck in dem Zylinder durch den Massenaustritt
der Abgase zurückgelassen ,ist.
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Der Mantel des Kolbens enthält eine weitere Öffnung 8, ,die mit den
Einlaßöffnungen 6 zusammenwirkt, wenn der Kolben hochgeht, um zu ermöglichen, daß
eine Ladung Luft in :das Kurbelgehäuse gesaugt wird.
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Das Kurbelgehäus° steht durch eine Leitung 9 .in dem Zylinderblock
mit einer Einblasdüse io in Verbindung, die sich im Innern des Auspuffrohres in
Richtung der Au@slaßleitung erstreckt und nahe der Auslaßöffnung angeordnet ist.
Diese Leitung 9 wird durch eine geeignete Einrichtung, z. B. den Drehschieber i
i gesteuert, der so angetrieben wird, daß er die Verbindung zwischen der Leitung
9 und der Düse io in den erforderlichen Augenblicken während des Arbeitspieles der
Maschine öffnet und schließt.
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Bei -dem der Zündung folgenden Hub öffnet der Kolben 3 die Auslaßöffnung
7 und dann die Einlaßöffnung 6 der Arbeitskammer, während die Luft"die in das Kurbelgehäuse
2 während des vorhergehenden Aufwärtszuges des Kolbens 3 gesaugt worden ist, komprimiert
wird.
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Kurz nach dem unteren Totpunkt wird .das Ventil i i geöffnet und stellt
die Verbindung des Kurbelgehäuses .mit der Düse io her, so daß eine komprimierte
Ladung Luft aus dem Kurbelgehäuse .durch die Düse io in das Auspuffrohr eingeblasen
wird.
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Die Periode, während welchen die Kurbelgehäuseladung durch die Düse
io in das Auspuffrohr geleitet wird, ist in Fig. 2 gezeigt, in der E0 und EC die
Öffnung und den Schluß ,des Auspuffs .darstellen und CO und CC,den Beginn und d
de Beendigung der Einblasung in das Auspuffrohr. Es ist ersichtlich, daß diese Einblasung
kurz nach .dem unteren Totpunkt beginnt und in oder annähernd in dem Zeitpunkt des
Schlusses der Auslaßöffnung endet.
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Die frischenGase, die in dieAuspuffleitung eingeführt werden, widersetzen
sich dem Wiedereintritt der Abgase in die Arbeitskammer und können einen Teil der
Zylinderladung bilden. Hierbei ist es gleichgültig, ob sie unter atmosphärischem
Druck oder unter Überdruckeingeführt werden.
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Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß der Unterdruck bei Maschinen
entsprechend vier Erfindung zuerst im Zylinder und dann in der Auspuffleitung entsteht.
Diese Saugwirkung wird erzielt durch .den Austritt der Abgase aus dem Zylinder .mit
einer Geschwindigkeit, die in erheblichem Maße ,die Geschwindigkeit überschreitet,
.die erzielbar ist, wenn der Austritt der Gase allein unter adiabatischer Einwirkung
erfolgen würde, und der Gasaustritt findet in einem Zeitraum statt, der kürzer ist
als derjenige, der für die adiabatische Expansion der Gase erforderlich wäre. Es
ist daher erforderlich, :daß das natürliche Bestreben der Abgase, den Zylinder als
eine Masse zu verlassen, erleichtert werden muß und nicht erschwert werden darf.
Es ist also dafür zu sorgen, daß der Querschnitt der Auspufföffnung, der für die
Entladung der Abgase verfügbar isst, so groß wie möglich sein muß und daß der Zeitraum,
in dem dieser für d ie Entladung der Abgase erforderliche Ou:erschnitt zur Verfügung
gestellt wird, so kurz wie möglich ist, urn die besten Ergebnisse zu erzielen.