DE890144C

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Ein- und Ausläßvorrichtung für Brennkraftmaschinen Bei Verbreil-nungskraftmaschinen hat man bisher die: Querschnitts:verläufe der Ein- und Auslaßleitungen .im allgemeinen willkürlich bestimmt. Zwar wurde .der ,Querschnitt .der Einlaßleitung nach Mittelwerten der Geschwindigkeit der Einl-aßluft bzw. :des Einlaßgases und in ähnlicher Weise der Querschnitt der Auslaß.leitung festgelegt. Aber .der Quers-chn.ittsverlauf selbst wurde mehr oder weniger .dem Gutdünken :des Konstrukteurs überlassen, sofern nicht eine Leitung mit gleichbleibendem Querschnitt vorgesehen wurde. Die Erfindung geht demgegenüber davon aus, daß durch geeignete Abstimmung der Querschnitte und durch Wahl eines geeigneten Querschnittsverlaufes der Einlaß-und Auslaßleitung .der Wirkungsgrad .der Maschine erheblich gesteigert, insbesondere das Laden und überladender Maschine wesentlich verbessert werden kann. Das gilt sowohl für 2-Takt- als auch für 4-Takt-Maschinen. Von grundlegender Bedeutung ist es jedoch für solche Maschinen, insbesondere 2-Takt-Maschinen, bei denen das Spülen oder Laden durch die Saugwirkung der Zylinder verlassenden Abgase bewirkt werden soll.Inlet and outlet device for internal combustion engines one has so far the: cross-section: courses of the inlet and outlet lines .in general arbitrarily determined. It is true that .the, cross-section. Of the inlet pipe was based on mean values the velocity of the inlet air or: of the inlet gas and in a similar way the cross-section of the outlet line is determined. But .the cross-section course itself was more or less left to the discretion of the designer, if not a line with a constant cross-section was provided. The invention works on the other hand, assume that by suitable coordination of the cross-sections and through Selection of a suitable cross-sectional shape for the inlet and outlet lines. The efficiency . of the machine increased significantly, especially the loading and overloading of the machine can be significantly improved. This applies to both 2-stroke and 4-stroke machines. However, it is of fundamental importance for such machines, especially 2-stroke machines, where the purging or loading exiting by the suction of the cylinders Exhaust gases should be effected.

Die Einlaßleitung oder die Einlaßleitungen haben hierbei von einem sehr großen Querschnitt aus die nahezu ruhende Gasmasse des Außenraumes aufzunehmen, um sie durch die dynamische Wirkung der durch den Auslaß und oder durch den Kolben hervorgebrachten Str@itttutig zu beschleunigen und auf die @inlaß@cscli@@intligkeit zu bringen. Dazu ist nötig. claß der Einlaßquerächnitt von einer Erweiterung auf eine @ei-eii"gung am Zylinder übergeht, wobei die \'ercngun:g durch den seitlich veränderlichen J?inlaliquerschnitt gebildet wird. Dieser Einlaßclu@: rschnitt oder die Einlaßquerschnitte, wenn es sich tim einzelne Öffnungen handelt, die Strahlen von bestimmter Form und Richtung ergeben sollen. stehen wiederum, wie bekannt, in einem bestimmten Zusammenhang mit dem Einlaßzeitquerschnitt.The inlet line or lines here have one take up a very large cross-section from the almost stationary gas mass of the outside space, around them by the dynamic action of the outlet and or the piston spawned Str @ itttutig to accelerate and to bring on the @ inlaß @ cscli @@ intligkeit. In addition is necessary. The inlet cross-section changes from an expansion to an extension on the cylinder passes over, whereby the \ 'extension: g by the laterally variable cross-section of the J? inlal is formed. This inlet clu @: r section or the inlet cross sections, if it there are individual openings, the rays of a definite shape and direction should result. are in turn, as is well known, in a certain connection with the inlet time cross-section.

Der Zylinder selbst stellt über die Mittelkanäle, also über den Hub aufgezeichnet. eine Art gleichbleibenden Querschnittes dar. den Auslaßquerschnitt mit einem sich zeitlich ändernden Querschnitt, welcher durch beliebige Mittel ivie Kolben, Ventile, Schieber usw. gesteuert werden kann, schließt sich .der Auslaßkanal mit einem düsenförmig abnehmenden Querschnitt an, insbesondere derart, daß eine dynamische Strömung mit günstigst:r Wirkung auf das Entleeren. Spülen und Laden der Maschine entsteht.The cylinder itself provides via the central channels, i.e. via the stroke recorded. a kind of constant cross-section. The outlet cross-section with a time-changing cross-section, which ivie by any means Pistons, valves, slides, etc. can be controlled, closes .the outlet channel with a nozzle-shaped decreasing cross-section, in particular such that a dynamic flow with the most favorable effect on emptying. Rinse and load of the machine.

Der Querschnittverlauf des Auslaßkanales wird grundsätzlich dadurch bestimmt, daß die Ausströmung an der zeitlich veränderlichen 'bffnung mit Schallgeschwindigkeit erfolgt, .wobei im Kern des Strahles auch Überschallgeschwingkeiten auftreten können. Die Abgasstrahlen strömen hierbei mit zeitlich veränderlichem Oberschnitt und verschiedener Richtung in den Äuslaßkanal aus. Ist die zeitliche Eröffnung am Auslaß sehr rasch, so schießen diese Strahlen in den Auslaßkanal und verdichten in der Umgcbung des Auslaßkanales die dort befindliche Gasmass: sehr rasch bis zu einem Drucksprung. Von diesem Drucksprung aus entwickelt sich dann eine Druckschwingung. Der Drucksprung selbst wird ebenfalls durch kleine Scliwinhungen mit Übe-druck- und Unterdruckatnpl ittiden ' eingeleitet.The cross-sectional shape of the outlet channel is basically thereby determines that the outflow at the time-varying opening is at the speed of sound takes place, where in the core of the beam supersonic vibrations can also occur. The exhaust gas jets flow here with a temporally variable cross section and different ones Direction in the Äuslaßkanal. If the opening at the outlet is very quick, so these rays shoot into the outlet channel and condense in the vicinity of the Outlet channel the gas mass located there: very quickly up to a pressure jump. A pressure oscillation then develops from this pressure jump. The jump in pressure itself is also by small waves with over-pressure and underpressure atnpl ittiden 'initiated.

Der .@\tislaßkanal wird zweckmäßig so bemessen und -estaltet, daß er für d"n kleinsten Gegendruck, .der während des Betriebes der Maschine auftreten harn, ausreichend ist' und die Expansionsbildung in der auspufenden Welle und die daran anschließende Druckbildung erleichtert. Durch geeignete Formgebung der Wandungen des Auspuffkanales können Reflektionswirkungen und zusätzliche Verdichtungen hervorgerufen «-erden, welche den Drucksprung und die Verdichtungswellen noch verstärken. Je nach der Krümmung der Auslaßkanalinnen.fläche rückt .die Stoßwelle von dem Ende ,des Auslaßkanales mehr oder weniger nach dem Zylinder zu. Diese Erscheinungen treten besonders während des Vorausbasses, also bei hohem Anfangsdruck und verhältnismäßig geringem Gegendruck, auf. Es entstehen darin im Auslaßkana.l sogenannte Verdichtungsstöße, die eine nicht adiäbatische Zustandsänderung bedeuten.The. @ \ Tislaßkanal is expediently dimensioned and designed so that he for the smallest counter pressure that occurs during the operation of the machine urin, is sufficient 'and the expansion formation in the exhausting wave and the subsequent pressure formation facilitated. By suitably shaping the walls of the exhaust duct can cause reflective effects and additional compression «-Earths, which intensify the pressure jump and the compression waves. Depending on the curvature of the inner surface of the outlet channel moves the shock wave away from the end of the Exhaust channel more or less after the cylinder. These appearances occur especially during the pre-bass, i.e. at high initial pressure and proportionately low back pressure. So-called compression shocks occur in the outlet duct. which mean a non-adiabatic change of state.

Zu berücksichtigen ist ferner, daß die Gasströme in den Leitungen, deren Querschnitte sich ändern, starken Änderungen der Geschwindigkeit, des Druckes und der Temperatur über den ganzen Oberschnitt unterliegen. Die Wände dieser Kanäle, besonders der Auslaßkanäle, stehen titin nicht unter der adiabatisclien Expansionstemperatur, sondern %1-erden viel stärker erwärmt.It must also be taken into account that the gas flows in the lines, whose cross-sections change, sharp changes in speed and pressure and are subject to the temperature over the entire upper section. The walls of these canals especially of the outlet ducts, titin are not below the adiabatic expansion temperature, but% 1-earth warms up much more.

Die Fortpflanzung der Druckwellen von der Mündung aus erfolgt relativ zum bewegten Gas mit derjenigen Schallgeschwindigkeit, die der Temperatur des Gases entspricht.The propagation of the pressure waves from the mouth is relative to the moving gas with the speed of sound that corresponds to the temperature of the gas is equivalent to.

Aus dem Auslaßkanal kann die Strömung unmittelbar ins Freie abgeführt oder irgendwelchen Rohrleitungen zugeführt werden, die 'aber in hezug auf Querschnitt und Ouerschnittsverlauf durch den Ouerscliiiitt des Atislaßkanales hinter (lern Zylinder bestimmt werden.The flow can be discharged directly into the open from the outlet channel or any pipelines that are 'but in terms of cross-section and cross-section through the cross-section of the Atislaß Canal behind (learn Cylinder can be determined.

Zweckmäßig kann sich die L:itung anschließend an den engsten Querschnitt diffusorarti.g erweitern, so daß die Leitung insgesamt einen Querschnittsverlauf ähnlich einer Lavaldiise erhält, oder mit Staukammern zusammenwirken, die als Leitungserweiterungen oder derart angeordnet sind, daß die ausströmenden Abgase .°ine Ejektorwirkung auf die Kammern ausüben, leim Rückströmen sich dagegen in ihnen anstauen. Doch kann die Leitung auch hinter dem engsten Querschnitt gleiclibleiben-. den Owerschnitt besitzen.The conduit can expediently be connected to the narrowest cross section diffusorarti.g expand so that the line as a whole has a cross-sectional profile similar to a Lavaldiise, or interact with storage chambers, which act as line extensions or are arranged in such a way that the exhaust gases flowing out. ° ine ejector effect exercise the chambers, on the other hand, glue backflows accumulate in them. But can the line remains the same even behind the narrowest cross-section. the ow section own.

VOn besonderer Bedeutung für eine günstigste Wirkungsweise ist ferner, daß das Ende des kurzen Auslaßkarales der engste Querschnitt sämtlicher Leitungen ist. Zweckmäßig ist er etwa so groß wie der Querschnitt des Vorauslassens, der bis zum Eintreten des größten Verdichtungsstoßes freigelegt ist und möglichst größer als 0,3 der Koll>enfläclie beträgt. _ ' In der Zeichnung sind einige Querschnittäver-11ufe in :11t1>. i bis lx#iaüclsiveisc.dargcstcllt. Abb. i zi,zt rlcit (7u(#rsc'hnitts@-erlattf für e111(# symmetrische Atiordittiii,- der -I#;iii- tincl .\uslal.l leiturigen ain Zylinder. Es st(Ilt a. <k#it Querschnitt,;-verlauf des z. ]).'durch zwei zttin Z@ lititler svnnnetr.isclie Leitungen gebildeten I?inlasses, 12 den Querschnittsverlauf für den Zylinder, c den @uerschn.ittsverlauf .des z. 13. durch zwei ebenfalls zum Zylinder symmetrische 'Leitungen gebildeten Auslasses -dar. Wie ersichtlich, ist der Querschnittsverlauf im wesentlichen düsenartig und . geht unmittelbar in den zeitlich veränderlichen Querschnitt der gesteuerten Ein- oder Auslaßöffnungen über. In dem unteren Teil der Abb. t ist der mit der Zeit sich verändernde Querschnitt X' der Einlaßöffnung Öffnungen sowie der sich ändernde Ouersclrnitt Y' der Auslaßöffnung 'bzw. Öffnungen in Abhängigkeit von der Zeit z aufgetragen. Der Einlaßquerschnitt beginnt sich hierbei eine gewisse Zeit nach. dem Auslaßquerschnit_t zu öffnen, wobei der Zeitabstand zwischen dem Beginn der Auslaßeröffnung und dem Beginn der Einlaßeröffnung zweckmäßig so gewählt ist, daß die aus dem Auslaß als Masse austretenden Abgase eine möglichst starke Saugwirkung auf -d"--n Einlaß ausüben und dadurch die Spülung und Ladung der Zylinder bewirken 17w. unterstützen. Von Wichtigkeit ist bei dem Ouerschnittsverlauf, daß die engste Stelle y des Äuslasses gleichzeitig die engste Stelle der geslnitcit durch Einlaß und Atislaß gebildeten Leitung ist. Von Bedeutung ist ferner die konkav gekrümmte Ausbildung der Wände des Auslaßkanales c, welche bewirkt, daß sich die aus dem Zylinder austretenden Abgase teilweise an den Wänden refektieren und .dadurch die Erzeugung eines Drucksprunges im Auslaßkanal erleichtern. Von der Größe dieses Drucksprunges ist alsdann die auf den Zylinder ausgeübte Saugwirkung der Abgase wesentlich abhängig.It is also of particular importance for the most favorable mode of operation that the end of the short outlet karal is the narrowest cross-section of all lines. It is expediently about the same size as the cross section of the pre-vent, which is exposed until the greatest compression shock occurs and is as large as 0.3 of the collision area if possible. In the drawing there are some cross-sectional views in : 11t1>. i to lx # iaüclsiveisc.dargcstcllt. Fig. I zi, zt rlcit (7u (# rsc'hnitts @ -erlattf for e111 (# symmetrical atiordittiii, - the -I #; iii- tincl. \ Uslal.l leiturigen ain cylinder. It st (Ilt a. <K #it cross-section,; - course of the z.]). 'I? inlets formed by two zttin Z @ lititler svnnnnetr.isclie lines, 12 the cross-sectional course for the cylinder, c the cross-section course. of the z. 13th by two As can be seen, the cross-sectional shape is essentially nozzle-like and merges directly into the time-varying cross-section of the controlled inlet or outlet openings. In the lower part of Fig. t is that over time The changing cross-section X 'of the inlet opening and the changing cross-section Y' of the outlet opening 'or openings are plotted as a function of the time z the A outlet opening and the beginning of the inlet opening is expediently chosen so that the exhaust gases emerging from the outlet as a mass exert a suction effect as strong as possible on -d "-n inlet and thereby cause the cylinder to be flushed and charged 17w. support. It is important in the course of the cross-section that the narrowest point y of the outlet is at the same time the narrowest point of the line formed by the inlet and outlet. Also of importance is the concavely curved design of the walls of the outlet channel c, which causes the exhaust gases emerging from the cylinder to partially reflect on the walls and thereby facilitate the generation of a pressure jump in the outlet channel. The suction effect of the exhaust gases exerted on the cylinder is then essentially dependent on the size of this pressure jump.

Abb. 2 zeigt ein entsprechendes Diagramm mit einem unsymmetrischen Querschnittsverlauf für die Auslaßle.itung c.Fig. 2 shows a corresponding diagram with an asymmetrical Cross-section for the outlet line c.

In Abb.3 ist des weiteren ein entsprechendes Diagramm für eine Anordnung dargestellt, bei der sich an die Auslaßleitung oder -leiturigen c Diffuorend anschließen derart, tlaß der Auslaßkanal s s insgesamt die Gestalt einer Lavaldüse erhält.In Fig.3 a corresponding diagram is also shown for an arrangement in which the outlet line or ducts c are followed by diffusers in such a way that the outlet channel s s takes on the overall shape of a Laval nozzle.

Bei der Ausführungsform nach Abb.4 ist zwischen dem bzw. den Auslaßkanälen c und der diffusorartigen Rohrleitung oder -leitun.gen eine Staukaininer fzwischengeschaltet derart, daß die durch clie Leitungsteile c und e hindurchströmenden Abgase eine ejektorartige Wirkung auf die Staukammer f ausüben, während die zurückströmenden Gase sich in der Staukammer f aufstauen, so daß ein Zurückschwingen der Abgassäule mehr oder weniger verhindert und eine Dämpfung der Abgassohwingungen erzielt wird.In the embodiment according to Fig.4 there is between the outlet duct or ducts c and the diffuser-like pipeline or pipelines are interposed by a storage tank f such that the exhaust gases flowing through clie line parts c and e exert ejector-like effect on the storage chamber f, while the return flow Gases accumulate in the storage chamber f, so that the exhaust gas column swings back more or less prevented and damping of the exhaust gas vibrations is achieved.

Wie ersichtlich, nimmt der Querschnittverlauf für den Einlaßkanal von einer weiten Mündungsöffnung x zunächst schnell ab, bleibt dann im wesentlichen konstant, um alsdann gegen den mit zier Zeit veränderlichen @ Einlaßquerschnitt x' am Zylinder wieder schneller abzunehmen. Der Ausfaßkanal c nimmt von dem mit der Zeit veränderlichen Auslaßquerschnitt y' stetig ,gekrümmt gegen den engsten Querschnitt 3, ab, derart, daß.die Abnahme zunächst gering und alsdann gegen den engsten Querschnitt y schneller erfolgt. Die Innenwandung cles Auslaßkanales ist demnach von innen aus gesehen konkav gestaltet.As can be seen, the cross-sectional shape for the inlet channel decreases rapidly from a wide orifice x, then remains essentially constant, and then decreases again more rapidly against the inlet cross-section x 'on the cylinder, which changes over time. The outlet channel c decreases steadily from the outlet cross-section y ', which changes over time, curved towards the narrowest cross-section 3, in such a way that the decrease is initially slight and then faster towards the narrowest cross-section y. The inner wall of the outlet channel is accordingly designed to be concave when viewed from the inside.

Zweckmäßig sind zwei symmetrisch angeordnete Einlaß- und Auslaßkanäle vorgesehen. Natürlich braucht auch nur eine einzige Einlaßleitung bzw. Auslaßleitung angeordnet zu werden, oderzs können deren mehrere vorgesehen werden. Der veränderliche Auslaßquersc.hiiitt y' ist zweckmäßig etwas größer als der veränderliche Einlaßquerschnitt x' bemessen, so daß die Abgase einen besonders großen Querschnitt zum Austritt aus dem Zylinder vorfinden.Two symmetrically arranged inlet and outlet channels are expedient intended. Of course, only a single inlet line or outlet line is required to be arranged, or several of them can be provided. The changeable one Auslaßquersc.hiiitt y 'is appropriately somewhat larger than the variable inlet cross section x 'dimensioned so that the exhaust gases have a particularly large cross section to exit the cylinder.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Inlet and outlet device for internal combustion engines, especially for such internal combustion engines, which means purging and loading through causes or supports the suction effect of the exhaust gases leaving the machine is, characterized in that the outlet line extends from the controlled outlet cross-section on the cylinder up to a narrow point at first relatively little and then stronger narrows, so the inner wall immediately adjoins the controlled outlet cross-section is concave, with the narrowest point either directly the Ausmündun.g the outlet line into the outside air or into a receptacle forms or after Kind of a Laval nozzle into a diffuser-like extension with a constant cross-section passes over, and that the inlet line extends from a wide orifice to the cylinder also tapers with a constant cross-section.

2. In = and outlet measuring device for internal combustion engines in particular according to claim i, characterized in that the narrowest point of both the inlet and outlet ducts is in the latter is located.

3 .. inlet and outlet device according to claim i and 2, characterized in that that the inlet line from its wide mouth opening on initially strongly, then only a little or not at all and then narrowed again shortly before the cylinder.

4. On and off laßvorrichtung according to claim 1 to 3, characterized in that the open outlet cross section of the cylinder is larger than the open inlet cross section is.

5. inlet and outlet device according to claim i to 4, characterized in that that a storage chamber is arranged immediately behind the narrowest point of the outlet line .is such that. the backflowing gases at the narrowest point of the outlet line can be prevented from stepping back into the cylinder and accumulating in the chamber.