DE8617390U1

DE8617390U1 - Vorrichtung zur Kontrolle des Abgasstromes bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE8617390U1
Application number: DE8617390U
Authority: DE
Original assignee: Piaggio and C SpA
Current assignee: Piaggio and C SpA
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1986-06-28
Publication date: 1986-08-14
Also published as: ES294918Y; GB2177755A; IT8522380V0; ES294918U; GB2177755B; CH668100A5; FR2584453B3; GB8615929D0; FR2584453A3

Description

Zwei- und ViertaktVeEbrennungsmotoren nach heutigem Konzept weisen eine solche Betriebskennlinie aü£, dass es unmöglich ist, bei dem einen und demselben Motor sowohl eine hohe Literleistung als auch gute Drehmoment-werte bei den niedrigen Drehzahlen zur Verfügung zu haben.

Die Einstellung der Offnungs- und Schliesszeiten der Ein- und Auslassöffnungen ist nämlich in der Regel so gestaltet, um durchschnittlich ausgeglichene Liter- und Drehmomentleistungen in sämtlichen Drehzahlbereichen zu sichern.

Insbesondere hinsichtlich der Zweitaktmotoren gibt es ausser dem Einstellungsdiagramm ein weiterer für die Motorleistungen massgeblicher Umstand, und zwar die Geometrie der Auspuffleitung. Um die Behauptung zu erklären, wird auf die Taktfolge und auf die entsprechenden Erscheinungen in der Auspuffanlage aufmerksam gemacht. Am Anfang des Auslasstaktes drehen dehen sich die Abgase rasch der Leitung entlang, während der !Druck unr.ittelbar nach der Auslassöffnung jäh bis zum Höchstwert des Verfahrens ansteigt. Sobald die Abgase den divergenten Abschnitt der Expansionskammer erreichen, verursacht die entsprechende Änderung einen Augenblicklichen Druckabfall, den den Gasaustritt und den Spülvorgang erleichtert. Wenn die Abgase den konvergenten Abschnitt der Kammer erreichen, baut sich eine Gegendrücke 1-Ie auf, die sich der Leitung entlang bis zur Auslassöffnung in den Augenblicken unmittelbar nach dem unteren Totpunkt zurückwirkt und so die Frischgemishverluste am Auspuff aufhören lässt.

Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der TDJruckwellen immer die gleiche ist und der Schallgeschwindigkeit entspricht, liegt es auf der Hand, dass die Wirksamkeit der oben be-

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beschriebenen Erscheinung von, der Mötordrehzahi abhängt, Die Auspuff-.. und, Spülvorgänge finden nämlich in zur Mötördrehzahl umgekehrt proportionalen Zeiten statt, so dass der Drehzahlbereich relativ beschränkt ist, in. dem die Druck-Und Geschwindigkeitsfortpflanzungszeiten und die Auspuff- und Spülzeiten aufeinander abgestimmt sind. Bei niedriger Drehzahl kommt z.B. der Gegendruck früher an, als es zum Aufhalten der Frischgemischverluste nützlich wäre Und bei hoher Drehzahl kommt er dagegen zu spät an, wobei dasselbe für die während des Spülvorganges nützlichen Unterdruckwelle gilt.

Mit einer gut berechneten Auspuffleitung gelingt es in der Tat, einen optimalen, ziemlich weiten Drehzahlbereich zu sichern, aber in letzter Zeit sind neue Vorrichtungen entwickelt und ausgeführt worden, die durch Änderung der Geometrie der Auspuffleitung das Ansprechen derselben den verschiedenen Drehzahlen anpassen.

Für die Zweitaktmotoren mit hohen Leistungen wurden z.B. Lösungen gefunden, bei denen sich der Auspuffquerschnitt in zwei oder mehrere, auf unterschiedlichen Zylinderhöhe_n angeordneten Leitungen gliedert* Je nach der gewählten Drehzahl werden die am nächsten beim oberen Totpunkt liegenden Leitungen über ein von deft Zylinderwänden entferntes Ventil geöffnet und lösen eine Vergrößerung des Auspuffquerschnittes und gleichzeitig eine Vergörsserung des Einstellungsdiagrammes. aus. Pie Vergrösserung des Einstellungsdiagramines erfolgt jedenfalls diskontinuierlich. Um dem abzuhelfen sind Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen ganz in der Nähe der arbeitenden Zylinderwand ein Drehventil angeordnet ist.

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Die Drehung dieses Ventils löst daher eine Änderung des Auspuffquerschnittes und eine Änderung der Auspüffeinstellnng in kontinuierlicher Weise aus. In der Regel ist die Ventilbewegung entweder durch gegen die Motordrehzahl empfindliche, mechanische Elemente, wie etwa Fliehgewichtvorrichtungen, oder durch gegen den von der Motordrehzahl abhängigen Unterdruck empfindliche Betätigungs-elemente gesteuert.

Aussei diesen Vorrichtungen, die zur Lösung des Problems im wesentlichen die Technik der kombinierten Reduktion des Aus puffquerschnittes und des Einstellungsdiagrammes anwenden, gibt es Lösungen, denen die Änderung der Schallresonanz der Auspuffleitung mit dem Einsatz von bei einer bestimmten Frequenz resonanzgebenden und mit der Auspuffleitung in Verbindung stehenden Elementen zugrundeliegt. Die Verbindung wird je nach Drehzahl geöffnet bzw. geschlossen. Es sind

gegenwärtig auch Vorrichtungen bekannt, bei denen man versucht hat, die Wirkung der Quer^chnittsvergrösserung und des in der Auspuffleitung eingesetzten Resonators zu kombinieren. Bei diesen Lösungen wird der zusätzliche Auspuffquerschnitt in der Regel über Drosselventile in einem Bereich geregelt, der mit der arbeitenden Innenwand des Zylinders nicht unmittelbar benachbart ist.

Obwohl die oben beschriebenen Lösungen zwar unbestreitbar zu besseren Leistungen bei Zweitaktmotoren mit gesteuerter Zündung führen, liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, den gegenwärtigen Stand der Technik noch weiter zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Kontrol-

Ie des Abgasstromes bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren vorgeschlagen, bei dsr die Änderung des Einstellungsdiägrammes, die Änderung des AuspuffQuerschnittes una der Einsatz von Resonatoren im Auspuff miteinander kombiniert sind. Ergebnisse der durchgeführten Versuche haben bestätigt, dass sich mit Hilfe dieser Gestaltung und dieser zusammenwirkenden Faktoren stark verbesserte Motorleistungen erzielen lassen.

Insbesondere ist die neuerungsgemässe Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem in der Nähe der arbeitenden Zylinderwand angeordneten Drosselventil einerHauptauspuffleitung und aus parallel zur Hauptleitung angeordneten Nebenauspuffleitungen besteht, deren Nutzquerschnitt über die Betätigung des Drosselventils zwischen den vollständig offenen und dem vollständig geschlossenen Zustand kontinuierlich veränderlich ist.

Das Funktionsprinzip der neuerungsgemässen Vorrichtung wird nun an Hand eines besonderen Anwendungsfalles näher beschrieben, der jedoch keine Einschänkung der Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung darstellt. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Zylinders eines wassergekühlten, mit der neuerungsgemässen Vorrichtung ausgerüsteten Zweitaktmotors,

Fig. 2 einen zur Achse des Zylinders desselben Zweitaktmotors rechtwinklig verlaufenden Querschnitt und

Fig. 3 ein Detail der zur Vorrichtung gehörenden Kontrolleinheit.

Vom Zweitaktmotor, an dem die neuerungsgemässe Kontrollvorrichtung angebracht ist, sind insbesondere der Zylinder 1 und der Kolben 2 erkennbar, der in Fig. 1 an seinem unte-

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ren Totpunkt liegt. In dexi Wand des Zylinders 1 sind eine Einlassöffnung 3 und eine Ra,uptauslassi5:gfnung 4 ausgebildet. Von der Auslassöffnung 4 geilt die Hauptauspuff leitung 5 aus, an der sich zwei Nebenauspuffleitungen 6 und 7 anschliessen, die von Nebenauslassöffnungen 8 bzw, 9 ausgehen.

In der Nähe der arbeitenden Wand des Zylinders 1 ist ein drehendes Drosselventil 10 eingebaut, das im wesentlichen aus einem mit Stirnzapfen 11 und 12 drehbar gelagerten, halbzylinderförmigen Körper besteht. Das Drosselventil 10 ist so angeordnet, dass es die Hauptauspuffleitung 5 und die Nebenleitungen 6 und 7 sowie eine Leitung 13 kontrolliert, die die Hauptauspuffleitung 5 mit einem einen Resonator bildenden Hohlraum 14 in Verbindung setzt (Fig. 1).

Das drehende Drosselventil 10 wird von einem Stab 15 über ein in den Figuren 2 und 3 allgemein mit 16 bezeichnetes Getriebe gesteuert. Bei zunehmender Motordrehzahl wird der Stab 15 in bekannter und nicht näher geschilderter Weise zum Drehen gebracht und löst dabei über das Getriebe eine Linksdrehung (in Fig. 1) des Drosselventils 10 aus.

Die neuerungsgemässe Vorrichtung arbeitet folgendermassen. In der in Fig. 1 dargestellten und dem Motorzustand bei niedriger Drehzahl entsprechenden Lage des Drosselventils 10 lässt sein halbzylinderförmiges Körper die Mündung der zum Hohlraumresonator 14 führenden Leitung 13 zur Hauptauspuff leitung vollständig frei, wodurch die Ansprechzeit der die Hauptauspuffleitung 5 du/:hfliessenden Druckwellen verlängert wird. Ausserdem versperrt das Ventil 10 zum Teil die NebenaUspüffleitungen 6 und 7, wie in Fig. 1 deutlich sichtbar, Schliesslich führt das Ventil 10 eine Verzögerung

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im. Auspuff ein und löst dabe^ eine Wirkung aus, die praktisch genau eimern Absenken der Oberkante der Hauptauslassöffnung entspricht _f so dass das Einstellungsdiagramm verändert wird. Sämtliche Auswirkungen dieser drei gleichzeitig stattfindenden Bewegungen des Drosselventils 10 tragen
zur Wirksamkeit des Spülvorganges und zur Einschränkung

des Frischgemischaustrittes bei. Man konnte jedoch insbe-

sondere den beträchtlichenBeitrag der Wirkung des Hob "»raum- j

resonators 14 feststellen. Bei zunehmender Motordrehzahl I

löst die Drehung des Stabes 15 über das Getriebe 16 eine | Linksdrehung (Fig. 1) des Drosselventils 10 aus. Dabei |

wird am Ende der Hohlraumresonator 14 vollständig ausge- f schlossen. Gleichzeitig wird der Auspuff der Gase beschränkt, j da die Nebenauspuffleitungen 6 und 7 immer freier werden. ' Schliesslich wird durch einen einem Anheben der Oberkante ί der Hauptauslassöffnung 4 entsprechenden Effekt der Anfang I des AuspuffVorganges vorgestellt. Diese zwei letzten Wir- | kungen haben sich insbesondere bei hoher Motordrehzahl als , nützlich erwiesen, um niedrigen Verbrauch und hohe Literleistung zu erzielen. Zählt man dieses Ergebnis mit dem Ergebnis der Wirkung des Resonators im niedrigen Drehzahlbereich zusammen, so erhält man ein Gesamtergebnis, das dank < der Zusammenwirkung der drei gleichzeitig getroffenen i Massnahmen fühlbar besser ist ,als die beim jetzigen Stand ', der Technik erzielbaren Ergebnisse.

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Claims

DlPL-ING. DlPL-PHYS. DR. DIETER GRIEeSBAOH DIPL.-PHYS. WALTER HAECKER D1PL.-PHYS. DR. ULRICH BÖHME PATENTANWÄLTE UHLANDSTR. Hc - 7000 STUTTGART 1 PIAGGIO & C. S.p.A. Vorrichtung zur Kontrolle des Abgasstrqmes bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren SCHUTZANSPRUCHE

1. Vorrichtung zur Kontrolle des Abgasstromes bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem in der Nähe der arbeitenden Zylinderwand angeordneten Drosselventil einer Auspuffleitung und aus parallel

zur Hauptleitung angeordneten Nebenauspuffleitungen besteht, deren Nutzquerschnitt über die Betätigung des Drosselventils zwischen dem vollständig offenen und dem vollständig geschlossenem Zustand kontinuierlich veränderlich ist.

2. Kontrollvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil die Hauptauspuffleitung mit wenigstens einem Hohlraumresonator in Verbindung steht, der als Abzweigung dieser Leitung attgeord-

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net ist.

3. Kontrollvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeiclmet, dass das Drosselventil bei Änderung der Motordrehzahl automatisch betätigt wird.