-
Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine kolbengesteuerte
Zweitaktbrennkraftmaschine, bei der an die Auslaßschlitze ein sich in Strömungsrichtung
erweiterndes Auspuffrohr angeschlossen ist und bei der der Vorauslaßquerschnitt
so groß bemessen ist, daß beim Eröffnen der Spülschlitze bereits Unterdruck im Zylinder
herrscht.
-
Die Erfindung macht von dem physikalischen Gesetz Gebrauch, nach welchem
durch Rohrleitungen laufende Druckwellen an Erweiterungen der Rohrleitung reflektiert
und dabei umgekehrt werden, so daß also eine Überdruckwelle an einer Erweiterung
eine in entgegengesetzter Richtung laufende Unterdruckwelle und eine Unterdruckwelle
eine in entgegengesetzter Richtung laufende Überdruckwelle auslöst. Die Reflexion
und Umkehrung der erzeugenden Druckwelle ist um so vollständiger, je größer die
Erweiterung ist. Am offenen Rohrende, wo die Erweiterung unendlich groß ist, tritt
eine vollständige Reflexion und Umkehrung der erzeugenden Druckwelle ein. Bei stetig
erweiterten Rohrleitungen wird die erzeugende Druckwelle während des Durchlaufens
durch die Leitung fortlaufend reflektiert, und umgekehrt, so daß je nachdem, ob
die erzeugende Druckwelle eine Überdruckwelle oder eine Unterdruckwelle war, ein
anhaltender Unter- oder Überdruck zum Eintrittsende des Rohres zurückläuft, dessen
Verlauf von der Form der Erweiterung abhängig ist. Der zeitliche Verlauf der Amplituden
des Unter- bzw. Überdruckes ist bei konstanter Erweiterung der Rohrleitung (d F
= konst. ; P - Querschnitt der Leitung) konstant und steigt oder fällt mit zunehmendem
(d F1 < d FZ) bzw. abnehmendem (d F1 > d FZ) Flächenzuwachs
von Querschnitt zu Querschnitt. F1 und F2 sind zwei in Laufrichtung
der
erzeugenden Druckwelle benachbarte Querschnitte. Die Zeitdauer des Unter- oder Überdruckes
hängt, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwelle annähernd konstant ist,
nur von der Länge der Erweiterung in der Rohrleitung ab.
-
Die Erfindung besteht darin, daß die Länge (L f )
des sich erweiternden
Auspuffrohres mindestens gleich
ist, daß an die Einlaßschlitze eine entgegen der Strömungsrichtung sich erweiternde
Einlaßleitung (e) angeschlossen ist, deren Länge (Le) gleich oder kleiner als
ist, und daß das sich erweiternde Auspuffrohr (f) im Abstand
vom Zylinder durch eine Wand (h) abgeschlossen ist, die eine für das Ausströmen
der Abgase ausreichende Austrittsöffnung (i) aufweist, wobei a die
Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwellen in der Ein- bzw. Auslaßleitung in
m/sec, a der Kurbelwinkel zwischen Auslaßöffnung und Einlaßschluß, ß der Kurbelwinkel
zwischen Einlaßöffnung und Einlaßschluß sowie n die Maschinendrehzahl in U/min darstellt.
-
Die stetige Erweiterung des Auspuffrohres erzeugt einen anhaltenden
Unterdruck im Zylinder, der das Eintreten der unter Atmosphärendruck stehenden Ladung
ohne weitere Hilfsmittel (Gebläse) ermöglicht. Da der Unterdruck beim Öffnen der
Spülschlitze in der erweiterten Einlaßleitung zu einem anhaltenden Überdruck umgekehrt
wird, der zum Zylinder zurückläuft, so wird das für die Spülung ausschlaggebende
Druckgefälle zwischen den Spülschlitzen und den Auslaßschlitzen des Zylinders wesentlich
erhöht und damit die Spülung erheblich verbessert.
-
Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Brennkraftkolbenmaschine mit
einer sich erweiternden Auspuffleitung zu versehen, wobei jedoch keine Bemessung
der Leitung im Sinne der Erfindung vorgeschrieben wurde. Die Maschine arbeitet nach
dem sogenannten Kadenacy-Verfahren und unterscheidet sich hinsichtlich der Wirkungsweise
grundsätzlich von der erfindungsgemäßen Maschine. Bei der bekannten Maschine wird
eine Aufladung dadurch erreicht, daß eine im Auspuffrohr zurückflutende Abgasmenge
kurz vor Wiederabschluß der Auslaßschlitze mit den Abgasen aus dem Zylinder entwichenes
Spülmittel wieder in den Zylinder zurückschiebt, wodurch in diesem die Ladung nach
Druck und Menge erhöht wird. Es handelt sich hierbei also um einen Strömungsvorgang
im Auspuffrohr, zu dessen Lenkung es keiner Bemessung der Leitung im Sinne der Erfindung
bedarf, die ja auf der Beherrschung von Druckwellen beruht. Bei dieser bekannten
Maschine ist außerdem der Vorauslaßquerschnitt so groß bemessen, daß beim Eröffnen
des Einlaßquerschnittes bereits Unterdruck im Zylinder herrscht.
-
Ein anderer Vorschlag geht dahin, Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen
als Diffusoren auszubilden und jeweils mehrere solcher Diffusoren hintereinanderzuschalten.
Ein weiterer Vorschlag bezieht sich auf Schalldämpfer für Ansaug- und Auspuffschall
mit Schallreflexion und Interferenz des ankommenden und reflektierten Schalles.
Das Besondere dieser Schalldämpfer besteht darin, daß innerhalb der rohrförmigen
bzw. kegel- oder exponentialtrichterförmig ausgebildeten Schalleitung Blenden in
Form von Querwänden mit einer oder mehreren Öffnungen angebracht sind, durch deren
entsprechend bemessene Querschnitte Schallüberdruckwellen teils als Über-, teils
als Unterdruckwellen gleicher Größe reflektiert werden, so daß ein gegenseitiges
Auslöschen beider rücklaufender Wellen erfolgt.
-
In weiterer Durchbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, sowohl
das Auspuffrohr als auch die Einlaßleitung so zu erweitern, daß beim Auspuffrohr
in Richtung der Erweiterung die Rohrquerschnitte zwar größer werden, der Flächenzuwachs
von Querschnitt zu Querschnitt jedoch abnimmt. Bei der Einlaßleitung wird von Querschnitt
zu Querschnitt der Flächenzuwachs größer.
-
In der Zeichnung ist in Abb. z ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
-
Abb.2 zeigt ein Steuerdiagramm der Maschine nach Abb. r.
-
Der Zylinder a weist vom Kolben b gesteuerte Spülschlitze
c und Auslaßschlitze d auf. An die Spülschlitze ist eine entgegengesetzt zur Einströmrichtung
sich erweiternde Einlaßleitung e und an die Auspuffschlitze eine in Ausströmrichtung
sich erweiternde Auspuffleitung f angeschlossen.
-
Beim Öffnen der Auslaßschlitze d durch den Kolben b entsteht eine
Vorauslaßdruckwelle, welche die sich erweiternde Auslaßleitung f durchläuft und
auf Grund der eingangs erörterten Gesetzmäßigkeit einen anhaltenden, zum Zylinder
zurücklaufenden Unterdruck erzeugt, der den Überdruck der Auspuffgase im Zylinder
schnell abbaut. Die Größe des Vorauslaßquerschnitts g ist so bemessen, daß im Augenblick
des Öffnens der Spülschlitze c bereits Unterdruck im Zylinder herrscht. Dieser Unterdruck
bewirkt, daß beim Öffnen der Spülschlitze c durch den Kolben das unter Atmosphärendruck
stehende Spülmittel (Luft oder Gemisch) in den Zylinder eintritt und denselben füllt.
Gleichzeitig läuft eine Unterdruckwelle vom Zylinder in die an die Spülschlitze
angeschlossene, sich erweiternde Einlaßleitung e, die auf Grund der oben dargelegten
physikalischen Gesetzmäßigkeit einen anhaltenden, zum Zylinder zurücklaufenden Überdruck
erzeugt, der das Einströmen des Spülmittels in den Zylinder unterstützt. Die Unterdruckwelle
wird am offenen Ende der Einlaßleitung vollständig reflektiert, und umgekehrt, so
daß sie als Überdruckwelle in den Zylinder zurückkehrt. Um auch diese Unterdruckwelle
für die Spülung des Zylinders auszunutzen, wird die Länge Le der Einlaßleitung vorzugsweise
so groß bemessen, daß die Überdruckwelle kurz vor Abschluß der Einlaßschlitze in
den Zylinder gelangt. Beträgt z. B., wie aus dem Schaubild Abb. 2 ersichtlich ist,
der Öffnungswinkel der Spülschlitze ß°, die Maschinendrehzahl n U/min und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
der Druckwellen in der Spülleitung a' m/sec, so beträgt
Um bei Abschluß der Auslaßschlitze keinen Unterdruck im Zylinder mehr zu haben,
wird man die
Erweiterung des Auspuffrohres f so bemessen, daß während
der Zeitdauer der Öffnung der Einlaßschlitze der durch die Erweiterung im Zylinder
erzeugte Unterdruck von seinem tiefsten Wert auf den Atmosphärendruck ansteigt (abnehmender
Flächenzuwachs /J Fi > d FZ). Beträgt z. B., wie dem Schaubild Abb. 2 zu entnehmen
ist, der Kurbelwinkel zwischen der Auslaßeröffnung und dem Einlaßschluß a°, die
Maschinendrehzahl n U/min und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwellen
in der Auspuffleitung a m/sec, so beträgt die Länge der Auspuffleitung
L f mindestens
Gleichzeitig wird die Erweiterung der Einlaßleitung so bemessen, daß der dadurch
erzeugte Überdruck zunimmt (zunehmender Flächenzuwachs d F, < d F2).
-
Eine beträchtliche Erhöhung des Druckes der Ladung im Zylinder bei
Beginn der Verdichtung ist erzielbar, wenn das sich erweiternde Auspuffrohr von
der Länge L f am Ende durch eine Wand h bis auf eine für den Austritt
der Gase ausreichende Öffnung i verschlossen ist. An dieser Wand wird die Auspuffdruckwelle
zum größten Teil positiv reflektiert. Sie kehrt somit als Überdruckwelle zum Zylinder
zurück und kommt nach dem Abschluß der Spülschlitze an. Sie erhöht deshalb den Druck
im Zylinder und kann letzteren nicht wieder verlassen, da kurz nach ihrem Eintritt
auch die Auslaßschlitze durch den Kolben geschlossen werden.