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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Vierzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen
beschränkt, sondern kann auch für beliebige andere Mehrzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen
Anwendung finden.