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Vorrichtung zum Absaugen der Abgase bei Zweitaktbrennkraftmaschinen,
insbesondere Dieselmaschinen, mittels einer tangential in eine Trommel einmündenden
Auspuffleitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Absaugen der
Abgase bei Zweitaktbrennkraftmaschinen, insbesondereDieselmaschinen, _ mittels einer
Trommel, in welche die Auspuffleitungen der einzelnen Zylinder tangential einmünden.
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Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art weist die zur Trommel führende
Auspuffleitung mit Rücksicht auf eine möglichst schnelle Entfernung der Abgase einen
größeren Ouerschnitt als die Auspuffschlitze auf. Ferner ist an die Trommel oder
hinter der Trommel an die an letztere in der Trommelachse angeschlossene Auspuffleitung
ein ins Freie führendes Zusatzrohr angeschlossen, welches so bemessen ist, daß die
Abgase in demselben eine geringere Schwingungsweite haben als die Abgase in der
vom Auspufftopf ausgehenden Auspuffleitung. Infolge der geringeren Schwingungsweite
kehren die in dem Zusatzrohr strömenden Gase zeitiger zurück als in der Auspuffleitung.
Sie heben dabei den in der Auspuffleitung herrschenden Unterdruck auf und verringern
somit die I\Teigung der in der Auspuffleitung befindlichen größeren Abgasmenge zum
Zylinder zurückzukehren.
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Gemäß der Erfindung ist der Querschnitt der an die Auspuffschlitze
angeschlossenen, tangential in die Trommel einmündenden Schußleitung wesentlich
kleiner als der Gesamtquerschnitt der Auspuffschlitze und liegt in der Größenanordnung
des Vorauslaßquerschnittes. Hierdurch wird erreicht, daß die' mit sehr hoher Geschwindigkeit
aus dem Vorauslaßquerschnitt austretenden Gase eine Geschwindigkeitsminderung weder
durch Raumerweiterung noch durch Verwirbelung erfahren, da sie sich von den Wänden
der im Querschnitt dem Vorauslaßquerschnitt entsprechenden Schußleitung nicht ablösen
können. Die Abgase treten deshalb mit einer sehr hohen Geschwindigkeit tangential
in die Trommel ein und laufen in derselben infolge ihrer großen Massenträgheit mehrfach
um. Durch die hohe Abgasgeschwindigkeit in der Schußleitung ergibt sich eine starke
Ejektorwirkung auf das Zylinderinnere, und durch das mehrfache Umlaufen in der Trommel
wird das Zurückströmen von Abgasen in den Zylinder während des Spülvorganges mit
Sicherheit verhindert.
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Durch besondere, nachstehend näher erörterte Formgebung der Trommel
läßt sich die Umlaufenergie der Abgase zur weiteren Erhöhung der auf das Zylinderinnere
ausgeübten Saugwirkung ausnutzen, so daß die Trommel wie ein Sauggebläse wirkt,
demselben gegenüber aber den Vorteil hat, daß sie keinerlei empfindliche umlaufende
Teile
aufweist und auch keine von der nutzbaren MotorleistungabzuzweigendieAntriebsleistung
erfordert.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausfüh:: rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
dargestellt, und zwar zeigt: Abb. i und i a einen Schnitt durch den" Zylinder einer
Zweitaktbrennkraftmaschine mit Schußleitung und Trommel, Abb.2 einen Dreizylinderreihenmotor
in Seitenansicht mit Trommel, Abb.3 eine Ansicht eines Vierzylindersternmotors mit
davorliegender Trommel, Abb. q. einen Längsschnitt durch eine Trommel mit drei nebeneinanderliegenden
Schußleitungen, Abb. 5 und 6 eine andere Ausführungsform einer Trommel im Schnitt,
wobei Abb. 5 einen Schnitt nach Linie A-B in Abb. 6 darstellt, Abb. 7 und 8 eine
andere Ausführungsform einer Trommel im Schnitt, wobei Abb. 7 einen Schnitt nach
Linie C-D in Abb. 8 darstellt, Abb. 9 und io eine weitere Ausführungsform der Trommel
im Schnitt, Abb. i i und i2 eine Trommel mit diffusorartigem Abfluß, wobei Abb.
i i einen Schnitt nach Linie E-F in Abb. 12 darstellt, Abb, 13 und 1q. eine Trommel
mit schlitzf5rmigem Abfluß und einem Spira.lgehäuse, wobei Abb. 13 einen Schnitt
nach Linie G-H in Abb. 1q. darstellt, Abb. 15 und 16 eine kegelförmige Trommel
mit mehreren tangential ausgehenden diffusorartigen Abflüssen, wobei Abb. 15
einen Schnitt nach Liniel-K in Abb. 16 darstellt, Abb. 17 und 18 eine zylindrische
Trommel mit mehreren tangenti.al ausgehenden diffusorartigen Abflüssen, wobei Abb.
17 einen Schnitt nach Linie L-M in Abb. i8 darstellt.
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Der in dem Zylinder a eines Zweitaktdieselmotors bewegte Kolben b
gibt beim Abwärtsgang zunächst die Auslaßschlitze d und dann die Spülschlitze c
frei. Sobald die Auslaßschlitze d geöffnet werden, strömen die unter Überdruck befindlichen
Auspuffgase durch die Schußleitüng c an der Stelle i tangential in die Trommel fein
und durch die an der Seitenwand der Trommel angeordnete Abflußöffnung g ins Freie.
Die Schußleitung e hat dabei die Aufgabe, den vom Zylinder kommenden Abgasen eine
sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit aufzuzwingen, so daß sie eine große Saugwirkung
auf das Zylinderinnere ausüben. Die Trommel f hat den Zweck, die Gase möglichst
unter Aufrechterhaltung ihrer hohen Geschwindigkeit zum mehrfachen Umlaufen in Riohtung
der Pfeile li zu zwingen, so daß ihre Strömungsrichtung der zum Zurückströmen in
die Schußleitung e hinein erforderlichen Richtung entgegengesetzt ist. Trommel f
wirkt somit als Rückflußdrossel. Die Umwandlung der Druckenergie der im Zylinder
befindlichen Verbrennungsgase in Geschwindigkeit erfolgt während des Vorauslasses,
d. h. von der Eröffnung der. Aus-:I@@sch@itze d bis zum Beginn der Eröffnung :der
Spülschlitze c. Um eine möglichst hohe Gasgeschwindigkeit und somit einen hohen
Wirkungsgrad zu erzielen, wird der Querschnitt der Schußleitung e derart bemessen,
daß er in der Größenordnung des Vorauslaßquerschnittes liegt. Der SchuBleitiuigsquerschnitt
ist also wesentlich kleiner als der Querschnitt der Auslaßschlitze.
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Eine besonders günstige Ausbildung des Überganges der Auslaßschlitze
zu der Schußleitung ist in Abb. i a dargestellt. Wie aus dieser Abbildung ersichtlich
ist, wird die Schußleitung e unter einem Winkel von beispielsweise 30° gegen die
Zylinderachse geneigt an die Auslaßschlitze d angeschlossen. Der Kolben b ist dabei
in einer Stellung während des Vorauslasses gezeichnet. Wie sich aus der Abb, i a
ohne weiteres ergibt, entsteht hierbei der engste Strömungsquerschnitt an der etwas
abgerundeten Kolbenkante b1. Die dort ausströmenden Gase haben hierbei eine Strömungsrichtung,
die der Richtung der Schußleitung entspricht. In der dargestellten Stellung des
Kolbens bildet die zylindrische Kolbenaußenfläche b2 und die Wand e1 der Schußleitung
eine' düsenförmige Verengung, so daß eine möglichst vollkommene Umsetzung der Druckenergie
der Gase in Geschwindigkeitsenergie stattfindet. Wie ein Vergleich der Schußleitung
e mit der normalerweise in der Maschine vorhandenen, in der Abb. i a gestrichelt
dargestellten Auspuffleitung u ergibt, ist der Schußleitungsquerschnitt wesentlich
geringer als der einer normalen Auspuffleitung. Er liegt auch bei diesem Ausführungsbeispiel
etwa in der Größenordnung des Auslaßquerschnittes.
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Der Spülvorgang der Maschine nach Abb. i oder i a ist folgender: Beim
Freigeben der AuslaBschlitze d durch den Kolben b schießen die unter
erhöhtem Druck im Zylinder a befindlichen Verbrennungsgase mit großer Geschwindigkeit
durch die Schußleitung e tangential in die Trommel f hinein und erzeugen infolge
ihrer Trägheit im Zylinder ct einen Unterdruck. Nach Freigabe der Spülschlitze c
durch den Kolben b strömt deshalb Spülluft durch die Spülschlitze in den Zylinder
a ein. Die in der Trommel mit ebenfalls hoher Geschwindigkeit umlaufenden Abgase
verhindern, daß die in der Trommel befindlichen Abgase durch die Schußleitung c
in den unter Unterdruck stehenden Zylinder a zurückströmen.
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. Der Vorauslaßquerschnitt des Zylinders a, die Länge und der Querschnitt
der Schußleitun
- e sowie der Durchmesser und der Inhalt der Trommel
f müssen zwecks Erzielung eines Bestwerts der Spülung durch Versuche aufeinander
abgestimmt werden.
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Die Abb. z zeigt eine Anwendungsform des Erfindungsgegenstandes auf
einen Dreizylinderreihenmotor. Von den einzelnen Zylindern führen die Schußleitungen
ei bis e3 tangential derart in die Trommel f hinein, daß sich ein gemeinsamer Umlauf
der einzelnen Abgasströme und eine gemeinsame Rückflußdrosselwirkung auf sämtliche
Schußleitungen ergibt.
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Die Abb. 3 zeigt einen Vierzylindersternmotor, bei dem die von den
einzelnen Zylindern ausgehenden Schußleitungen ei bis e4 ebenfalls tangential in
gleicher Richtung zum Umfang der Trommel f in letztere einmünden, so daß die in
die Trommel eintretenden Abgasschüsse die gleiche Wirkung ergeben wie bei den Ausführungsformen
nach Abb. i und 2. Die Schußleitungen ei bis e4 sind vorteilliafterweise in der
Reihenfolge der Zündung ihrer Zylinder, aber im umgekehrten Drehsinn zum Gasumlauf
an die Trommel angeschlossen, so daß z. B: die aus der Schußleitung e. ausströmenden
Abgase das Zurückströmen von Abgasen durch die Schußleitung ei in deren in der Spülung
begriffenen Zylinder verhindern. Der Austritt der Abgase aus der Trommel f erfolgt
durch den Stutzen g.
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Anstatt die Schußleitungen über den Trommelumfang verteilt in die
Trommel f einzuführen, können dieselben, wie aus Abb. q. ersichtlich, auch nebeneinander
angeordnet sein.
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Die Abb. 5 bis 18 zeigen Trommeln, deren besondere Formgebung es ermöglicht,
die Umlaufenergie der Abgase für eine zusätzliche Saugwirkung auf das Zylinderinnere
auszunutzen, so daß die Trommeln wie ein Sauggebläse wirken.
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Die in den Abb. 5 bis 8 dargestellte Trommel weist in der Nähe ihres
Auslasses l eine sprunghafte Vergrößerung ihres Durchmessers auf. Die Schußleitungen
e bzw. ei bis e4 münden tangential in den den kleineren Durchmesser aufweisenden
Trommelteil fein. Der Trommelteil f wirkt somit in der oben beschriebenen Weise
als Rückflußdrossel. Aus dem Trommelteil f treten die umlaufenden Abgase in den
Trommelteil k größeren Durchniessers über. Die Abflußstelle l der Gase weist somit
einen größeren Abstand von der Trommelachse auf als die Mündungsstelle der Schußleitungen
e bzw. e bis e4. Durch den Unterschied der Durchmesser der beiden Trommelteile f
und k entsteht in dem größeren Trommelteil k eine größere Fliehkraft der umlaufenden
Gase als in dem kleineren Trommelteil f. Da die Abgase aus dem größeren Trommelteil
ungehindert durch die öffnung L ins Freie austreten können, so herrscht an der Innenseite
des Umfanges des Trommelteiles k der gleiche Druck wie in der Atmosphäre. Es entsteht
also in dem Trommelteil f gegenüber dem Trommelteil k, d. h. gegenüber der Atmosphäre,
ein Unterdruck, der unabhängig von sonstigen Trommelwirkungen eine Saugwirkung auf
die Schußleitung und die angeschlossenen Zylinder ausübt.
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Anstatt den Trommelteil f sprunghaft in den Trommelteil k übergehen
zu lassen, kann der Übergang, wie aus Abb. 9 ersichtlich, auch kegelförmig gestaltet
sein, wodurch sich ein besserer Übertritt der umlaufenden Abgase aus dem Trommelteil
f in den Trommelteil k ergibt.
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Die Trommel kann auch gemäß Abb. io in Form eines Kegels k1 ausgebildet
sein. Die Schußleitungen e münden dann an der Stelle kleinsten Durchmessers tangential
in die Trommel ein, während die Abflüsse l sich an der Stelle größten Durchmessers
befinden.
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Eine weitere wesentliche Steigerung der Saugwirkung der Trommel ist
erzielbar, wenn die an der Stelle größten Trommeldurchmessers angeordnete Abflußleitung
tangential in Strömungsrichtung aus der Trommel herausführt. Eine solche Trommel
ist in Abb. 1i und 12 dargestellt. Die Schußleitungen e münden wiederum an der Stelle
i kleinsten Durchmessers in die Trommel ein und verlassen dieselbe tangential und
somit stoßfrei an der Stelle na größten Durchmessers. Die Strömungsenergie
der die Trommel v erlassenden Abgase läßt sich zur weiteren Verstärkung der Saugwirkung
auf das Trommelinnere und somit auf das Innere der angeschlossenen Zylinder ausnutzen,
wenn die Ausflußleitung n diffuso-rartig, d. h. allmählich nach außen zu sich erweiternd,
ausgebildet wird. Gemäß Abb. 15 bis 18 können an Stelle einer einzigen düsenartigen
Ausflußleitung ia auch mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte tangential ausmündende
Düserl s vorgesehen sein, die, wenn es die Umstände erfordern, in eine gemeinsame
ringförmige Abgassammelleitung r einmünden.
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Bei den Trommeln mit tangential ausgehenden Ausflußleitungen verhindern
die in der Trommel umlaufenden Gase das Zurückströmen der bereits ins Freie ausgetretenen
Gase in gleicher Weise, wie sie das Zurückströmen von Abgasen durch die Schußleitung
e ins Innere der Zylinder verhindern. Bei der kegelförmigen Trommel nach Abb. 13
und rd. ist die an der Stelle des größten Durchmessers angeordnete Ausflußöffnung
als Ringschlitz o ausgebildet. Der Ringschlitz o ist . von einem als Diffusor wirkenden
Spiralgehäuse p umgeben, durch dessen Austrittsstutzen q die Gase ins Freie gelangen.
Auch bei dieser Ausführungsform münden die
Schußleitungen e an der
Stelle i geringsten Durchmessers in die Trommel ein.
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Für den Fall, daß die Saugwirkung der Trommel durch die Fliehkraft
der umlaufenden Gase und durch die Schleuderwirkung der aus der Trommel herausschießenden
Gase genügend groß ist, kann auf die Saugwirkung der Schußleitung ganz oder zum
Teil verzichtet werden, so daß diese sehr kurz gehalten werden kann, wobei sie jedoch
immer noch die Aufgabe hat, die Verbrennungsgase mit möglichst hoher Geschwindigkeit
tangential in die Trommel zu führen. Selbstverständlich kann auch auf die durch
die Durchmesservergrößerung erzielte Verbesserung der Saugwirkung verzichtet und
eine zylindrische Trommel mit diffusorartigen Austrittsöffnungen angeordnet werden,
wie z. B. in Abb. 17
und i8 dargestellt ist. In besonderen Fällen kann zur
Unterstützung der durch die Schußleitung erzielten Spülwirkung ein Spülluftgebläse
vorgesehen sein, welches dem Zylinder die Spül- oder Aufladeluft unter Druck zuführt.