DE860292C - Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine

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DE860292C
DE860292C DEK4201D DEK0004201D DE860292C DE 860292 C DE860292 C DE 860292C DE K4201 D DEK4201 D DE K4201D DE K0004201 D DEK0004201 D DE K0004201D DE 860292 C DE860292 C DE 860292C
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DE
Germany
Prior art keywords
cylinder
exhaust
internal combustion
combustion engine
stroke internal
Prior art date
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Expired
Application number
DEK4201D
Other languages
English (en)
Inventor
Alfred Jante
Thomas Dr-Ing Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Filing date
Publication date
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Priority to DEK4201D priority Critical patent/DE860292C/de
Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06Engines with prolonged expansion in compound cylinders
    • F02B41/08Two-stroke compound engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)

Description

  • Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen, bei welchen die Auspuffenergie des einen Zylinders über einen allen Zylindern gemeinsamen. Raum einem anderen Zylinder zwecks Nachladung zugeführt wird.
  • Bei einer bekannten Maschine dieser Art werden die Auspuffgase in, eine gemeinsame, durch kurze Stutzen mit den Zylindern verbundene Auspuffleitung mit engem Austrittsquerschnitt geleitet, wo sie einen erhöhten Druck erzeugen. Durch diesen Druck wird ein Teil der bereits in den zugehörigen Stutzen ausgetretenen Frischluft desjenigen Zylinders, der gerade in der Spülung begriffen ist, in den Arbeitsraum zurückgedrückt. Hierbei ist jedoch die Aufladewirkung nur gering, weil sich. die Auspuffgase in dem weiten Auspuffrohr beträchtlich entspannen und weil der Druck schon während der Spülung . wirksam ist, so daß .er eine ordnungsgemäße Spülung verhindert.
  • Bei einer anderen ebenfalls bekannten Maschine wird die aus dem Vorauslaßquerschnitt des einen Zylinders entweichende hochgespannte Abgasmasse durch eine Rohrleitung dem nächstzünden.-den: Zylinder durch dessen Aus.laßschlitz zugeführt. Die hochgespannten Vorauslaßgase nehmen dabei ihren Weg quer durch die gemeinsame Aus.puffsammelleitung, wo sie erheblich entspannt werden.
  • Schließlich ist noch vorgeschlagen worden, in der Auspuffsammelleitung einer Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine. einen Drehschieber vorzusehen, welcher vermittels seiner Verbindungskammern die Auslaßöffnungen der Zylinder paarweise zu der Zeit verbindet, zu der der eine Zylinder' seinen. Vorauslaßquerschnitt öffnet und der andere denselben schließt.
  • Bei diesen bekannten Maschinen ist jedoch keine Rücksicht auf die bei jedem Auspuffvorgang auftretenden Druckwellen genommen. Die Druckwellen dürfen, da sie infolge ihrer mit Schallgeschwindigkeit erfolgenden Ausbreitung der trägen Abgasmasse vorauseilen und zudem anderen Gesetzen folgen als diese, nicht unberücksichtigt bleiben. Ihre Ausnutzung beim Laden von Zweitaktbrenn@ kraftmaschinen ist nur in der Form bekannt, daß man die einzelnen Zylinder mit ihren eigenen Druckwellen auflädt. Hierbei ergeben sich jedoch beträchtliche Längender Auspuffleitung, weil zwischen dem Eröffnen der Auslaßquerschnitte und dem Abschließen der Spülquerschnitte ein beträchtlicher Drehwinkel der Kurbelwelle liegt.
  • Gemäß der Erfindung weisen die Verbindungsleitungen zwischen den Zylindern und dem gemeinsamen Auspuffraum zwecks Überbxückung 'des zwischen dem Auspuffbeginn des aufladenden Zylinders und dem Spülende des aufzuladenden Zylinders liegenden Zeitabschnittes eine solche Länge auf, draß die Laufzeit der Auspuffdruckwelle längs des zwischen dem aufladenden und dem aufzuladenden Zylinder liegenden Weges etwa gleich der Zeit ist, in der sich die Kurbelwelle der Maschine um den zwischen dem Beginn: des Vorauslasses des aufladenden und dem Abschluß der Spülschlitze des aufzuladenden Zylinders liegenden Kurbelwinkels dreht.
  • Dieser Kurbelwinkel ist in den meisten Fällen beträchtlich kleiner als der zwischen dem Auslaßbeginn und dien Spülende ein und desselben Zylinders liegende, so daß nur kurze Rohrleitungen zwischen den Zylinderpaaren erforderlich sind, in denen die Druckwelle nur unwesentliche Energieverluste erleidet: Der Erfindungsgegenstand ermöglicht deshalb eine verhältnismäßig große° Auf= ladung. _ In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des, Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt Abb. i eine Vierzylinder-Zweitaktbrennkraftma- -schine mit Auspuffsammelraum, Abb. 2 ein Schaubild der Kolbenwege der Maschinenach Abb. i und Abb. 3 und 4 einen anderen Auspuffsammelraum für die Maschine nach Abb. i.
  • Die Vierzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine weist eine Kurbelversetzung von 9o° auf, Wie sich aus dem Kolbenwegschaubild (Abb. 2), in welches die Höhenbegrenzungslinien A der Auslaßschlitze und E der Einlaßechlitze eingezeichnet sind, ergibt, liegt jeweils bei. nacheinander zündenden Zylindern i, 2; 3, i; 4, 3; 2, 4 (vgl. Abb. 2) zwischen der Eröffnung :des Vorauslasses des einen Zylinders (i, 3, 4, 2) und dem Abschluß der Einlaßschlitze des anderen Zylinders (2, i, 3, 4) ein Kurbelwinkel von d°: Um nun zu erreichen, daß die bei Eröffnung des Vorauslasses_.des"einen Zylinders in die Auspuffleitung austretende Druckwelle etwa bei Abschluß der Einlaßschlitze des anderen Zylinders an: dessen Auspufföffnung ankommt, wird durch entsprechende Bemessung der Rohrlänge x zwischen dem Auspuffsammelraum 5 und den Zylindern der in Abb. i eingetragene Weg L der Druckwelle so lang gemacht, daß die Laufzeit letzterer längs dieses Weges gleich der Zeit ist, während der sich die Kurbelwelle bei der beabsichtigten Maschinendrehzahl um den Winkel d. dreht.
  • Die Länge L berechnet sich dann zu: . Darin bedeutet: a die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwelle im heißen Abgas in m/sec, d der Kurbelwinkel. in Grad zwischen dem Öffnen des Vorauslasses und dem Schließen der Einlaßschlitze zweier entsprechend nacheinander zündender Zylinder, n die Maschinendrehzahl in U/min.
  • Bei der Vierzylindermaschine z. B. nach Abb. i beträgt d etwa 30°, während a bei üblichen. Zlweitaktbrennkraftmaschinen etwa 400 m/sec- beträgt. Unter der Voraussetzung einer Betriebsdrehzahl von n = 500 U/min würde L = 4 m betragen: Unter der Voraussetzung eines angemessenen Spülmittelüberschusses, welcher bewirkt, daß beim Abschluß der Spülschlitze die zugehörige Auspuffleitung 6, 7, 8, 9 in der Nähe des Zylinders mit Spülmittel gefüllt wird, bewirkt die z. B. von Zylinder 3 kommende, durch den noch offenen Auslaßquerschnitt in den Zylinder i eintretende Druckwelle eine Erhöhung der Spülmittelladung desselben nach Druck und Menge. Bei der in Abb. i dargestellten langgestreckten Auspuffsammelleitung 5 würde der Weg L zwischen den Zylinderpaaren i, 3 und 4, 2 um einen Zylinderabstand Z länger sein als zwischen den Paaren 3, 4 und 2, i. Bei Maschinen mit großem Winkel d und niedriger Betriebsdrehzahl kann: in Anbetracht des. großen Ab- standes x diese kleine Differenz in der Länge der Wege L vernachlässigt werden. Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die Auspuffleitungen 6, 7, 8, 9 in solchen Abständen voneinander an die Sammelleitung 5 anzuschließen, da.ß der Weg L für-sämtliche Zylinderpaare 1, 2; 3,1; 4,3; 2,4 gleich lang ist.
  • Um Störungen der Nachladung durch unerwünschte Verzweigung der Druckwelle in die zur Zeit nicht mit dem Zylinderinnern verbundenen Auspuffleitungen zu vermeiden, ist gemäß Abb. 3 und 4 in der Auspuffsammelleitung 5 ein Drehschieber i o angeordnet, der, von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben, während des oben beschriebenen Nachladevorganges (Kurbelwinkel d) mit seinen einzelnen Sektoren 1i, 12, 13, 14 jeweils diejenigen Auspuffleitungen vom der Auspuffsammelleitung absperrt, die nicht mit den Arbeitsräumen ihrer Zylinder in Verbindung stehen sollen. Bei der in dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i durch den eingezeichneten Pfeil dargestellten Aufladung des. Zylinders i durch den Zylinder 3 müßten die Auspuffleitungen 7 und g der Zylinder 2 und 4 durch den Drehschieber io von der Auspuffsammel.leitung abgesperrt werden. Die Abschlußzeiten des Drehschiebers. io sind in Abb. 2 jeweils neben die Zeitwegkurve des zugehörigen Kolbens gezeichnet und mit den Bezugszeichen der zugehörigen Sektoren versehen. Wie den Abb. 2, 3 und 4 ohne weiteres entnommen werden kann, schließt der Sektor it2 die Auspuffleitung 7 des Zylinders :2 gerade in dem Augenblick ab, wo der Vorauslaß des Zylinders.3 geöffnet wird. Gleichzeitig hält der Sektor 14 die Auspuffleitung 9 des Zylinders 4 während des Kurbelwinkels d geschlossen. Wie den Abb. 2, 3 und q. ebenfalls ohne weiteres entnommen werden kann, erstreckt sich bei der beispielsweise erläuterten Vierzylindermaschine nach Abb. i die Abdeckung der Auspuffleitungen durch die zugehörigen Drehschiebersektoren über etwa 135°, während letztere wie die Kurbelwellenkröpfungen um 9o° gegeneinander versetzt sind.
  • Um die am Austrittsende der Auspuffsammelleitung 5 entstehenden, in letztere zurücklaufenden Unterdruckwellen von dem in der Nachladung begriffenen Zylinderpaar fernzuhalten, sind an: die Sammelleitung eine oder mehrere Resonanizkammern 15, 16 angeschlossen. Der Abstand der Resonanzkammern von der Austrittsöffnung der Auspuffsammelleitung und die Eigenschwingungszahl der Resonanzkammer sind dabei so bemessen, daß die positiven, Rückwürfe der in den Resonanzkammern durch die von der Maschine komm:enide Auspuffdruckwelle erregten Schwingung die von- der Austrittsöffnung derAuspuffsammelleitung zurückkehrende Unterdruckwelle auslöschen.
  • Bei Auspuffsammelleitungen, die in ein ins Freie führendes Auspuffrohr 5' kleineren Durchmessers übergehen, wird das Verhältnis des Durchmessern D der Auspuffsammelleitung zum Durchmesser d des Auspuffrohres so gewählt, daß keine Reflektierung der Auspuffdruckwellen an der übergangsstelle .der Auspuffsammelleitung in das Auspuffrohr eintritt.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Vierzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen beschränkt, sondern kann auch für beliebige andere Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen Anwendung finden.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine, bei welcher die Auspuffenergie des einen Zylinders über einen allen Zylindern gemeinsamen Auspuffraum einem anderen Zylinder zwecks Nachladung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur überbrückung des zwischen dem Auspuffbeginn des aufladenden Zylinders und dem Spülende des aufzuladenden Zylinders, liegenden Zeitabschnittes die Verbindungsr leitengen (6, 7, 8, 9) zwischen den Zylindern (1, 2, 3, 4) und dem gemeinsamen Auspuffraum (5) eine solche Länge (x) aufweisen, daß die Laufzeit der Auspuffdruckwelle längs des, zwischen dem aufladenden und dem aufzuladenden Zylinder liegenden Weges (L) etwa gleich der -Zeit ist, in der sich die Kurbelwelle der Maschine um den zwischen dem Beginn des Vorauslasses des. aufladenden und dem Abschluß der Spülschlitze des aufzuladenden Zylinders liegenden Kurbelwinkel dreht.
  2. 2. Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine nach, Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auspuffsammelleitung (5) ein von der Kurbelwelle der Brenavkraftmaschine angetriebener Drehschieber (io) angeordnet ist, der während des Nachladevorganges (Kurbelwinkel d) mit einzelnen Sektoren (11, 12, 13, 14) jeweils, diejenigen. Auspuffleitungen von der Auspuffsammelleitung absperrt, die zur Zeit nicht mit den Arbeitsräumen ihrer Zylinder in Verbindung stehen.
  3. 3. Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekenalzeichnet, daß an die Auspuffsammelleitung (5) eine oder mehrere Resonanzkammern (15, 16) angeschlossen sind, deren Eigenschwingungs@ zahl und Abstand von der Austrittsöffnung der Aus.puffsammelleitung so bemessen ist, daß der positive Rückwurf der in den Resonanzkammern durch die Auspuffdruckwelle erregten Schwingung die von der Austrittsöffnung der Sammelleitung zurückkehrende Unterdruckwelle auslöscht.
  4. 4. Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 3, mit einer Auspuffsammelleitung, die in ein ins Freie führendes Auspuffrohr kleineren Durchmessers übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (D) der Auspuffsammelleitung (5) zum Durchmesser (d) des Auspuffrohres (5') so bemessen ist, daß keine Reflektierung der Auspuffdruckwellen an der Übergangsstelle der Auspuffsammelleitung in das. Auspuffrohr eintritt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 360 354 541 513; britische Patentschrift Nr. 246 88o.
DEK4201D 1940-11-12 1940-11-12 Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine Expired DE860292C (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE360351C (de) * 1919-07-26 1922-10-02 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren zum Spuelen und Laden von mehrzylindrigen Zweitaktverbrennungskraftmaschinen
GB246880A (en) * 1924-08-05 1926-02-05 Giuseppe Matricardi Improvements in internal combustion engines
DE541513C (de) * 1931-02-15 1932-01-13 Hans Vogel Mehrzylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit Spuel- und Ladepumpe

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