DE1174579B - Schalldaempfungsanlage fuer schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Schalld'änpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft eine Schalldämpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren mit je einer unmittelbar an den Abgasauslaß anschließenden Vor- und Nachauspuffleitung, die in einen Reflexionsschalldämpfer münden, wobei in die Vorauspuffleitung ein schalldämpfendes Volumen eingeschaltet ist.
• Die bekannten Schalldämpfungsanlagen dieser Art weisen in der an den Abgasauslaß des Verbrennungsmotors anschließenden Abgasleitung im Vorauspuffzweig eine L7berdruckkammer auf, die die zuerst austretenden Auspuffgase mittels einer Leitung unter Öffnung eines Ventils aufnimmt. Bei Absinken der Geschwindigkeit der Auspuffgase schließt sich das Ventil, wobei die abgezweigten Abgase wieder mit den weniger hochgespannten Abgasen vereinigt werden.
• Soweit die in der Auspuffleitung gelegene überdruckkammer bei derartigen Anlagen als Helmholtzscher Resonator anzusprechen ist, hat dieser den Helmholtzschen Resonatoren immer anhaftenden Nachteil, daß gerade in dem Bereich, in dem ihre Längen- und Querabmessungen in die Größe dieser hier kurz genannten Stoßwellen fallen, ausgesprochene Dämpfungs-Nullstellen auftreten. Stoßwellen haben nämlich wegen ihrer steilen Fronten immer höchste Frequenzanteile. Da die Längen- und Querabmessungen von Helmholtzschen Resonatoren immer gleich oder ein Vielfaches der Wellenlängen dieser Frequenzanteile sind, ist der Resonator hier immer bei einer Frequenz in Resonanz, wobei die Dämpfung gleich Null ist. Somit ist in dem Wellenbereich dieser ganz kurzen Wellen, die wegen ihrer ausgesprochenen Lästigkeit gerade dringend einer Dämpfung bedürfen, keine genügende Dämpfung vorhanden. Man hat deshalb auch schon versucht, in konservativer Weise mittelsHauptabgasschalldämpfungsanlagen diese lästigen Knackgeräusche zu dämpfen; dabei ist aber ein abnorm großer Dämpfungsaufwand notwendig. Diese Schalldämpfungsanlagen müssen also bei einigermaßen gleichmäßiger Ausdämpfung, insbesondere der hochfrequenten Schallwellen, ziemlich große Schallschluckstofffiächen haben, was die Anwendung bei Kraftfahrzeugen stark einengt. Aber auch selbst hiermit wäre eine Dämpfung des hochgespannten Teils der Abgase über einen breiten Drehzahlbereich nicht zu erzielen.
• Die Erfindung behebt diese Nachteile derartiger Schalldämpfungsanlagen durch eine Kombination dieserSchalldämpfungsanordnungen,und nurfür diese wird Schutz beansprucht werden. Sie sieht in Erfüllung des vorgestellten Zweckes in der Vorauspuffleitung einen selektiv abgestimmten vielkammerigen Absorptions- und/oder Saugresonatordämpfer vor, bei dem die Gaskanäle als Ringspalte bzw. Rotationsdurchtrittsflächen ausgebildet sind.
• Die Gaskanäle können innerhalb des Vorauspuffvolumens eine wenigstens einmalige Richtungsänderung, insbesondere eine solche ohne Strömungsunter-Brechung aufweisen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Vorauspuffvolumens sieht Gaskanäle vor, die wenigstens zweimal divergieren und konvergieren. Bei diesen Gaskanalformen werden die schallabsorbierenden Wandflächen von den Stoßwellen stärker beaufschlagt bzw. der. Resonator stärker angekoppelt. Absorptions- bzw. Saugresonatordämpfer sowohl als auch Mischformen solcher Dämpfer sind bekannt. In der erfindungsgemäßen Anordnung in der abgezweigten Vorauspuffleitung brauchen diese bei gleicher Dämpfungsleistung jedoch nur noch ein Viertel bis ein Fünftel ihrer Abmessungen zu haben, wenn die Vorauspuffleitung-wie vorgesehen-etwa ein Viertel bis ein Fünftel des Gesamtaustrittsquerschnittes beträgt. Es werden dabei also drei Viertel bis vier Fünftel des bisherigen Aufwandes eingespart. Durch die kleinen Abmessungen, welche das Vorauspuffvolumen erhalten kann, ist- dessen Gehäuse an sich körperschallarm, so daß aufwendige Isoliermaßnahmen entbehrlich sind. Außerdem hat der Schallschluckstoff im Vorauspuffvolumen eine weit längere Lebensdauer, weil die hier durchströmenden heißeren Abgase verhältnismäßig wenig Brennstoffbestandteile bzw. Rückstände mit sich führen.
• In weiterer Ausgestaltung : des Erfindungsgegenstandes ist in der Vorauspuffleitung im Bereich des Vorauspuffvolumens eine an sich bekannte diffusorförmige Erweiterung vorgesehen. Durch Diffusoren wird bekanntlich eine Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck erreicht, so daß der Widerstand des Stoßwellenabsorptions- bzw. Stoßwellensaugresonatordämpfers leichter: zu, überwinden ist. Weiter wird ein günstiger Effekt hinsichtlich des Eindringens der Stoßwellen in den Schluckstoff erzielt, da die Richtungsänderungen im Absorptionsstoff leicht in einen hierfür günstigen Winkel zu der Winkelaufweitung des Diffusors gebracht werden können. Das gleiche gilt hinsichtlich der Ankoppelung von Saugresonatoren.
• Eine andere Ausbildung der Vorauspuffleitung zum Vorvolumen kann gemäß der Erfindung darin bestehen, daß dem Vorvolumen eine venturidüsenartige Vorrichtung vorgeschaltet wird. Damit können die Reflexionsverhältnisse zum Motor hin zwecks Erzielung einer gegebenenfalls erwünschten Frischgasrückstauung verbessert werden. Mit einer hinter das Vorvolumen geschalteten Verturidüse dagegen kann die Dämpfung des Vorvolumens verbessert werden.
• In den gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorschaudämpfern werden die Druckspitzen, welche gerade bei Zweitaktmotoren durch die im Zuge der Weiterentwicklung in jüngster Zeit angehobenen Verbrennungs- und damit angestiegenen Expansionsdrücke besonders lästige Knackgeräusche auslösen, restlos gedämpft. Die Zusammenführung der Vor-und Nachauspuffleitung geschieht nach einem weiteren Gedanken der Erfindung an einer Stelle der Abgasleitung oder des Schalldämpfers, an der die Möglichkeit gegenseitiger Druckbeeinflussung gering ist. Bei mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren sind die Abgaskrümmer der Vor- und Nachauspuffleitung zweckmäßig so ausgebildet, daß etwa die gleiche gegenseitige Druckbeeinflussung im Punkt ihrer gruppenweisen Zusammenfassung auftritt.
• Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Zweitaktmotor mit Auslaßschlitz und daran angeflanschtem und unterteiltem Auspuffrohr, F i g. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schalldämpfungsanlage, F i g. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hochtonsaugresonators, F i g. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kombination von Hochtonsaugresonator mit Schluckstoff und F i g. 5 eine Abwandlung der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung. q Gemäß F i g. 1 ist an den Auspuffschlitz M' des Zweitaktmotors M ein Flansch 1 angeschlossen, mit dem die Auspuffleitung 2 verbunden ist. Wie ersichtlich, ist die Auspuffleitung 2 durch eine Trennwand 2a in die Vorauspuffleitung 2' und die Nachauspuffleitung 2" unterteilt. Der Durchtrittsquerschnitt der Vorauspuffleitung 2' verhält sich zu dem der Nachauspuffleitung 2" wie etwa 1 : 4. Sobald der sich nach abwärts bewegende Kolben K des Verbrennungsmotors die Vorauspuffleitung 2' freilegt, entweichen zunächst die hochgespannten, eine steile Stoßfront aufweisenden Abgase in die Vorauspuffleitung 2'. Die restlichen eine geringere Geschwindigkeit aufweisenden Abgase strömen bei weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens in die Nachauspuffleitung 2" ein, die einen das Ausströmen begünstigenden verhältnismäßig weiten Durchtrittsquerschnitt aufweist.
• Der folgende Weg der Abgase ist für einen Dreizylinder-Zweitaktmotor an Hand von F i g. 2 beschrieben. Während die Nachauspuffleitung 2" die Abgase direkt über einen Vorschalldämpfer 3 zum Hauptschalldämpfer 4 führen, ist innerhalb der Vorauspuffleitungen 2' ein mehrkammeriges Vorvolumen 5 mit einer Schallschluckstoff-Füllung 6 vorgesehen. Diese ist mittels netzförmiger Begrenzungen 7 so angeordnet, daß zwischen einem inneren Verdrängungs-Schallschluckkörper 6 a und der diesen umgebenden Schallschluckstoffpaekung ein verwinkelter Gaskanal 8 gebildet ist, der beim Ausführungsbeispiel die Form eines Ringspaltes hat und zweimal trichterförmig erweitert und anschließend wieder verengt ist. Nach dem Vorvolumen 5 ist die Vorauspuffleitung 2' mit der Nachauspuffleitung 2" vereinigt.
• Die Wirkungsweise wird an Hand von F i g. 2 wie folgt kurz beschrieben: Beim Herabgleiten der Kolben werden zuerst die schmalen schraffierten Querschnitte für die Vorauspuffleitungen freigegeben und die Vorauspuffstoßwelle läuft zu dem Vorauspuffvolumen 5. Anschließend werden die übrigen größeren, punktiert dargestellten Querschnitte für den Nachauspuff freigegeben, wobei dieser Teil der Abgase direkt zu den Hauptschalldämpfern 3 und 4 geleitet wird.
• F i g. 3 zeigt weiter ein als Hochtonsaugresonator ausgebildetes Vorvolumen 5', das viele kleine parallelgeschaltete Kammern 9 bis 14 sehr hoher Eigenfrequenz an der Peripherie 15 und in den Kernen 16, 17 aufweist. Vor dem Vorvolumen 5' liegt beispielsweise der erfindungsgemäße Diffusor 18 und hinter dem Vorvolumen beispielsweise die erfindungsgemäße Venturidüse 19.
• F i g. 4 stellt eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Stoßwellenfangvorrichtung dar. Dieses Vorvolumen 5' besteht aus in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Einbauteilen aus kongruenten exponentional-trichterförmig ausgebildeten Scheiben 20 bis 23. Zwischen den Scheiben werden Abzweigresonatoren 24 bis 26 gebildet, die ganz oder teilweise mit Schallschluckstoff ausgefüllt sind, wobei die sich in Richtung zum Mantel ergebenden Räume durch perforierte Bleche 27, 28, 29 begrenzt sind. Der Leitwert der perforierten Abdeckungen mit den damit begrenzten Räumen weist vorteilhaft eine Abzweigresonanz im Bereich von 1000 bis 7000 Hz auf.
• Eine Abwandlung von F i g. 4 stellt die F i g. 5 dar, bei der die Abdeckung 27', 28', 29' der Saugresonatorkammern in anderer Weise erfolgt. Im wesentlichen sind die Abstimmungselemente hier dieselben wie im vorhergehenden Fall. Die Wirkung einer derartig ausgeführten Gesamtanlage war so, daß bei gegenüber serienmäßigen Standardanlagen nur halbem Gesamtgewicht ein um drei Dezibel geringeres Leerlaufgeräusch als bei den Serienanlagen auftritt.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Schalldämpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren mit je einer unmittelbar an den Abgasauslaß anschließenden Vor- und Nachauspuffleitung, die in einen Reflexionsschalldämpfer münden, wobei in die Vorauspuffleitung ein schalldämpfendes Volumen eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen in der Vorauspuffleitung als selektiv abgestimmter vielkammeriger Absorptions- und/ oder Saugresonatordämpfer ausgebildet ist, bei dem die Gaskanäle als Ringspalte bzw. Rotationsdurchtrittsflächen ausgebildet sind.
2. 2. Schalldämpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle innerhalb des Vorauspuffvolumens eine wenigstens einmalige Richtungsänderung, insbesondere ohne Strömungsunterbrechung aufweisen.
3. 3. Schalldämpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle wenigstens zweimal divergieren und konvergieren.
4. 4. Schalldämpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vorauspuffleitung etwa ein Viertel bis ein Fünftel des Gesamtaustrittsquerschnittes beträgt.
5. 5. Schalldämpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorauspuffleitung im Bereich des Vorauspuffvolumens eine diffusorförmige Aufweitung vorgesehen ist.
6. 6. Schalldämpfungsanlage für schlitzgesteuerte Verbrennungsmotoren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorauspuffleitung im Bereich des Vorauspuffvolumens eine ventüridüsenartige Vorrichtung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 965 801, 953 753, 941704, 891343, 841834, 810 824, 802 204, 733 047, 685 996, 642 603, 605154, 423 452; deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1792 431, 1692 352; »Motorrundschau«, Bd. 23, 1953, Heft 20, S. 760.