DE749527C

DE749527C - Viertaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE749527C
Application number: DEK165220D
Authority: DE
Priority date: 1942-07-09
Filing date: 1942-07-09
Publication date: 1944-12-06

Description

Viertaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Viertaktbrennkraftmaschinen, bei welchen ,das Einlaßvenfiil oder ein besonderes Spülventil ,zwecks Spülung .des Arbeitszylinders im Bereiche :der inneren Kolbentotlage bei noch offenem Auslaßventil kurzzeitig geöffnet wird und das Einlaßventii zwecks Einführung der Ladung erst nach Beginn des Saughubes, wenn im Arbeitszylinder bereits Unterdruck besteht, geöffnet wird.
Es sind Viertaktmaschinen mit einem Spülventil bekannt, das" bei noch offenem Auslaßventil kurzzeitig geöffnet wird, um die durch einen Verdichter geförderte Spülluft in den Arbeitsraum der Maschine einzulassen. Es sind ferner Viertaktbrennkraftmaschinen bekannt, bei-denen das Einlaßventil -erst nach Beginn des Saughubes, wenn im Zylinder bereits Unterdruck besteht, geöffnet wird. Diese Maßnahme dient zur besseren Zerstäubung des der Maschine zugeführten schwer vergasenden Brennstoffes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Viertaktbrennkraftmaschine ohne besondere Spül- und Ladepumpen zu spülen und aufzuladen. Sie sieht zu. diesem Zweck bei einer Viertaktmaschine sowohl .das bekannte, während des Auspuffs kurzzeitig öffnende Spül- oder Einlaßventil als auch die bekannte Steuerung des Einlaßventils vor, bei der .das Einlaßventil erst nach Beginn des Saughubes, wenn im Zylinder bereits Unterdruck besteht, geöffnet wird, und benutzt die Gesetze :der Druckw ellenausbreitung, nach welchen eine in einer Rohrleitung laufende Druckwelle am offenen Rohrleitungsende negativ reflektiert wird, also ihr Vorzeichen umkehrt. Eine Überdruckwelle wird somit durch negative Reflektion am offenen Rohrende zu einer Unterdruckwelle, die in der Rohrleitung zurückläuft, während eine Unter druckwehe zu einer Überdruckwelle wird.
Gemäß der Erfindung weist die Auslaßleitung eine solche Länge auf, daß die beim Öffnen des A:uslaßventils entstehende, sich in der Auslaßleitung fortpflanzende und an .deren offenem Ende negativ reflektierte Überdruckwelle während der kurzzeitigen Öffnung des Spül- oder Einlaßventils im Zylinder ankommt und dort einen Unterdruck bewirkt, während ferner die Ansaugeleitung eine solche Länge aufweist, daß .die beim Öffnen des Einlaßventils nach Beginn :des Saughubes entstehende, sich in der Saugleitung fortpflanzende und an deren offenem Ende negativ reflektierte Unterdruckwelle kurz vor dem Wiederabschluß des Einlaßventils im Zylinder ankommt und dort die Ladung mach Druck und Menge erhöht.
Die erforderlichen Längen der Auslat- und der Saugleitung können, nachdem die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckwellen in Gasen genau bestimmt werden kann, ohn weiteres für jede Drehzahl :der Maschine berechnet werden. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckwellen in heißen Abgasen von Brennkraftmaschinen beträgt durchschnittlich d.oo m/Sek.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Abb. i zeigt den oberen Teil des Arbeitszylinders einer Viertaktbrennkraftmaschine i mit dem Ein- und Auslaßventil sowie der Saugleitung und der Auspuffleitung.
Abb. 2 zeigt den über der Zeit aufgetragenen Druckverlauf in der Auslaßöffnung und Abb. 3 den Druckverlauf in der Einlaß öffnung der Maschine.
Abb. ¢ zeigt ein Schaubild der Ventilsteuerzeiten der Maschine nach Abb. i.
Wie Abb. q. erkennen läßt, öffnet das Einlaßventil a oder ein besonderes Spülventil der in Abb. i dargestellten Viertaktbrennkraftmaschine gegen Ende des Auspuffhubes im Bereiche der inneren Kol.bentotlage bei noch offenem Auslaßventil b kurzzeitig und schließt etwa zu derselben Zeit wie das Auslaßventil. Das Einlaßventil bleibt dann geschlossen, bis- der Saughub begonnen hat-und im Zylinder c der Maschine ein Unterdruck vorhanden ist, und öffnet alsdann zum Einlassen der neuen Ladung.
An die vom AuslaGoventil b gesteuerte Auslaßöffnung des Zylinders schließt sich eine Auspuffleitung d an von der Länge Hierin bedeutet: a = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwelle in der Auslaßleitung in m/Sek. ta = Zeit zwischen Öffnungsbeginn des Auslaßventils und Öffnungsbeginn -des Einlaß-bzw. Spülventils in Sekunden.
n = Drehzahl der Maschine je Minute.
a = Kurbelwinkel der Kurbelwelle zwischen Öffnungsbeginn des Auslaßventils und Öffnungsbeginn des Einlaß- bzw. Spülventils.
Beim Öffnen des Auslaßventils b (Punkt X in Abb. q.) entsteht infolge der plötzlichen Entspannung des Zylinderinhaltes eine Überdruckwelle A (Abb. 2), die sich mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit a in .der Auslaß-Ieitung d fortbewegt und infolge der oben angeführten Beziehung zur Länge L derselben nach der Zeit Q2 am offenen Ende ankommt. Hier entsteht durch negative Reflektion eine Unterdruckwelle B, die mit ungefähr derselben Fortpflanzungsgeschwindigkeit a zum Zylinder zurückläuft und hierfür ebenfalls die Zeit t,/2 benötigt. Die Unterdruckwelle kommt deshalb vor dem Abschluß des Auslaßventils .,bei geöffnetem Einlaßventil im Zylinder an, "saugt den Abgasrest ab, so daß Spülluft nachströmen kann, und bewirkt dadurch eine Ausspülung des Verbrennungsraumes.
An die vom Einlaßv entil a gesteuerte Einlaßöffnung des Zylinders ist eine Ansaugeleitung e von der Länge angeschlossen. Hierin bedeutet a1 = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwelle in m/Sek., te = ß(6 n = Zeit vom Öffnungsbeginn des Einlaßventils bis kurz vor Wiederabschluß desselben in Sekunden, n = Drehzahl der Brennkraftmaschine je Minute, ß = Kurbelwinkel vom Öffnungsbeginn des Einlaßventils bis kurz vor Wiederabschluß desselben (Abb. q.).
Beim Öffnen des Einlaßventils a (Punkt Y in Abb. ¢) entsteht infolge des Unterdruckes im Zylinder eine Unterdruckwelle C (Abb. 3), die sich mit .der Fortpflanzungsgeschwindigkeit a1 in der Ansaugleitung e fortbewegt und infolge der oben angeführten Länge letzterer nach der Zeit Q2 am offenen Ende ankommt. Hier entsteht durch negative Reflektion eine Unterdruckwelle D, die mit derselben Yortpflanzungsgeschwindigkeit a1 zum Zylinder zurückläuft und hierfür ebenfalls die Zeit Q2 benötigt. Die Überdruckwelle kommt somit knapp vor Abschluß des Einlaßventils im Zylinder an und erhöht dessen Inhalt nach Druck und Menge.
Da sich bei Drehzahländerungen der Brennkraftmaschine auch die Zeiten ändern, während- deren das Einlaß- und das Auslaßventil geöffnet ist, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwellen jedoch wenig verändert bleibt, so müssen die Längen der Ansaug- und der Auslaßleitung verändert werden, um bei der neuen Drehzahl das rechtzeitige Eintreffen der Druckwellen im Zylinder zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind die Ansauguni die Auslaßleitung, wie in Abb. i dargestellt, in an sich bekannter Weise teleskopartig ausziehbar. Das Ausziehen der Leitungen kann von Hand oder durch einen Drehzahlregler erfolgen.
Um eine gewisse Unabhängigkeit der Spülung und Aufladung von der Drehzahl der Maschine zu erhalten, sind die Ansaug- und die Auslaßleitung am Ende mit Erweiterungen f, f1 versehen. In der Erweiterung f, f1 wird die Druckwelle fortschreitend während des Durchlaufens negativ reflektiert: Es entsteht d abe@i .eine zeitlich erstreckte Reflektionswelle, die um genau doppelt so lange Zeit verlängert wird, als .die erzeugende Druckwelle benötigt, um die Erweiterung zu durchlaufen. Durch entsprechende Bemessung der Länge der Erweiterung kann die zeitliche Erstrekkung :der Reflektionswelle den zu erwartenden Drehzahlschwankungen genau angepaßt werden. Erstreckt sich z. B. die Drehzahlschwankung der Maschine zwischen den Drehzahlen n2 und ial, so wird man die Erweiterung in einem solchen Abstand il vom Zylinder beginnen, und in einem solchen Abstand 12 enden lassen, daß bei der höchsten Drehzahl n1 die Front, bei der niedrigsten Drehzahl n2 das Ende der Reflektionswelle rechtzeitig im Zylinder ankommt.
Es wird somit z. B. -für die Auslaßleitung Die Erweiterung kann sowohl in Verbindung mit einer teleskopartig ausziehbaren als auch mit einer in der Länge unveränderlichen Leitung angewandt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Viertaktbrennkraftm:aschine, bei welcher das Einlaß- oder ein besonderes Spülventil zwecks Spülung des Arbeitszylinders im Bereiche der inneren Kolbentotlage bei noch offenem Auslaßventil kurzzeitig geöffnet wird und das Einlaßventil sich zwecks Einführung .der Ladung erst nach Beginn des Saughubes, wenn im Arbeitszylinder bereits Unterdruck besteht, öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung (d) eine solche Länge (L) aufweist, daß die beim Öffnen des Auslaßventils (b) 'entstehende, sich in der Auslaßleitung (d) fortpflanzende und an deren offenem Ende negativ reflektierte Überdruckwelle während der kurzzeitigen Öffnung des Einlaß- oder Spülventils im Zylinder ankommt und dort einen Unterdruck bewirkt, während ferner die Ansaugeleitung (e) eine solche Länge (L1) aufweist, daß die beim Öffnen des Einlaßventils (a) nach Beginn des Saughubes entstehende, sich in der Saugleitung (e) fortpflanzende und an deren offenem Ende negativ reflektierte Unterdruckwelle kurz vor dem Wiederabschluß .des Einlaßventils im Zylinder ankommt und dort die Ladung nach Druck und Menge erhöht.
2. Viertaktbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung .(d) und die Ansaugeleitun.g (e) an ihren Enden stetige Erweiterungen (f, f1) aufweisen. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften .... Nr. i52 446, 457 910; österreichische Patentschrift - 157299.