DE1476588A1 - Der Atmosphaere vorgeschaltete Entgiftungs-und Schalldaempfungsvorrichtung - Google Patents

Description

Dr. Walter Οΐΐ, Wet«ikon (Schweiz)

18>„7o1966

Der Atmosphäre vorgeschaltete Entgiftungsund Schalldämpfungsvorrichtungο

Vorliegende Erfindung bezieht sioh auf der Atmosphäre vorgeschaltete Entgiftungs- und Schalldämpfungsvorrichtungen für vorzugsweise pulsierende und unter Überdruck ausströmende Mittel, insbesondere auf eine Auspufftopfanordnung für die Ausströmgase von Brennkraftmaschinen, mit einem einen abgeschlossenen Hohlraum begrenzenden Gehäusemantel, dessen Schnittlinie mit eine Gehäuselängsmittellinie enthaltenden Ebenen mindestens teilweise als Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist, wobei eine Zuführungsleitung für die Mittel tangential oder annähernd tangential in den G-ehäusemantel ausläuft ₀

Schalldämpfungseinriohtungen dieser Ausbildung sind bereits bekannt. Maßgebend für die früheren Vorschläge war die Erkenntnis, daß nach den Kegelschnitten zugrundeliegenden Gesetzmäßigkeiten beispielsweise ein vom Brennpunkt einer Parabel ausgehender Leitstrahl an der Parabelwandung parallel zur Brennpunktachse der Parabel zurückreflektiert wird, so daß, übertragen auf das räumliche System eines Paraboloides, eine im Brennpunkt oder in der Hähe des Brennpunktes zum Austritt gebrachte Gasströmung parallel zur Brennpunkt- und Symmetrieachse des als Rotationskörper um diese Achse gebildeten Paraboloides umgelenkt wird. Aus dem gleichen Grunde sind Hohlellipsoide als Gehäusemäntel vorgeschlagen worden, um bei Austritt einer Gasströmung in der Kahe eines der beiden Brennpunkte eine Ablenkung der ausgetretenen und an der Wandung reflektierten Gasströmung zum anderen Brennpunkt hin erreichen zu können. Dabei wurde von der Vorstellung ausgegangen, daß durch derartige Reflexionen Verschiebungen der Frequenzen im

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Verhältnis zueinander zu erreichen sind, welche die Schallschwingungen aufweisen, so daß es zu einer mindestens teilweise Auslöschung von Schallamplituden kommt*

Es ist auch "bereits der Vorschlag gemacht worden, außer zu einer Schalldämpfung zu einer Entgiftung der Abgase führende Ausbildung der Auspufftöpfe durchzuführen, bei denen zur Zuführung der Mittel in die Einrichtung mindestens eine in den Gehäusemantel tangential einmündende Leitung vorgesehen ist, deren Mittelaohse eine senkrecht zur Gehäuselängsachse stehende Ebene unter einem spitzen Winkel schneidet, wobei eine zur Gehäuselängsaohse gleichachsig angeordnete Abführleitung für das Mittel an die Gehäusehälfte, in Gehäuselängsrichtung gesehen, angeschlossen ist, in die die Zufuhrleitung einmündet. Der Gehäusemantel ist dabei im wesentlichen als Hohlei ausgebildet» Dadurch kommt es zu einer raumspiralförmigen Ausbildung der Abgasströmung im Auspuffiropf mit außerordentlich hohen Wirbelgeschwindigkeiten in der Nähe der Eispitze, unter deren Einfluß thermisch—chemische Umsetzungen auftreten, die dazu führen, daß beispielsweise eine Absenkung der 00 - Gehalte von 9,3 # auf 3»4 bzw, von 9?4 auf 2,8 # eintritt. Gleichzeitig erhöht sich der COp - Gehalt von 8,5 $ im Leerlauf auf 12,4 # und von 8,0 $ hei Vollast auf 11,3 #· Der H₂ - Gehalt verminderte sich von 4»2 auf 1,3 $ im Leerlauf und von 4»3 $> auf 1j1 io bei Vollast. Gehalte an OH. und anderen Kohlenwasserstoffen waren überhaupt nicht mehr festzustellen. Nur in Sonderfällen bedurfte es einer Einführung von Sauerstoff, gegebenenfalls in Form atmosphärischen Sauerstoffes, oder anderer Reaktionsteilnehmer, um ähnliche, günstige Verhältnisse verwirklichen zu können.

Beim praktischen Betriebe derartiger Einrichtungen hat sich jedoch gezeigt, daß sie verhältnismäßig empfindlich sind und optimale Werte nur dann erreichen lassen, wenn eine verhältnismäßig genaue Abstimmung in Bezug auf Volumen bzw. Größe, Ausbildung und Anordnung an die jeweils auftretenden motorischen Verhältnisse durch-

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geführt wird.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, unter grundsätzlicher Erhaltung der dargelegten Vorteile die zur Entgiftung und Schalldämpfung dienende Vorrichtung so auszubilden, daß sie im wesentlichen unabhängig von der Art, der Größe und der Ausbildung der vorgeordneten Brennkraftmaschine wird.

Die zur lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Vorrichtung zur Entgiftung and Schalldämpfung kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß, ausgehend von der Atmosphäre vorgeschalteten Entgiftungs- und Schalldämpfungsvorrichtungen vorzugsweise für pulsierende und unter Überdruck ausströmende Mittel mit einem einen abgeschlossenen Hohlraum begrenzenden Gehäusemantel, dessen Schnittlinie mit eine Gehäuselängsinittellinie enthaltenden Ebenen mindestens teilweise als Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist, wobei eine Zuführungsleitung für das Mittel tangential oder annähernd tangential in den Gehäusemantel einläuft, die Schnittlinie innerhalb eines axial gerichteten Bereiches, der sich an die Einmündung der Zuführungsleitung für das Mittel in den Hohlraum anschließt und vor einer Auslaßleitung für die Abgase im wesentlichen gleichbleibenden Querschnittes endet, als zur Längsmittellinie des Gehäuses hin konvexe Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist. Während innerhalb des genannten Bereiches nach dem früheren Vorschlag die Kurve zweiter Ordnung konkav zur Längsmittellinie ausgebildet war, führt die konvexe Ausbildung zu der erwähnten, wesentlich größeren Unempfindlichice it des Auspuff topf es, während andererseits eine wesentliche Steigerung der vorteilhaften Wirkungen festzustellen war. So geht im Leerlauf der Kohlenoxydgehalt auf 0,5 bzw. 0,6 i» zurück. Wird gleichzeitig Luft eingeführt, so vermindert sich der 00 *- Gehalt sogar auf 0,3 bzw. 0,4 #· Bei einer Drehzahl des Motors von 2%0Ö0 U/min erhöhen sich die Zahlen auf die immer noch geringfügigen Werte von 2,3 bzw. 2,2 #

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ohne Luftzusatz, auf 0,7 bzw. 0,6 mit Luftzusatz· Bei der maximalen Drehzahl von 4···000 U/min gingen die GO - Gehalte auf 1,9 ohne und 0,5 $> mit Luft zusatz zurück. Gleichzeitig konnte eine Verringerung des Brennstoffverbrauches des Motors um 15 - 25 # festgestellt werden. Außerordentlich begünstigt wurde auoh die Schalldämpfung, wie die Messung der Phon zeigte. Als betriebstechnischer Vorteil ist es anzusehen, daß die Abgas- und Kühlmitteltemperaturen des Motors keine Erhöhung zeigten.

Eine besonders wirksame Ausbildung der Vorrichtung ergibt sich, wenn die erwähnte Schnittlinie als Hyperbel ausgebildet ist. Dabei ist es zweckmäßig, das Gehäuse als zu seiner Längsmittellinie aohsialsymmetrischen Rotationshohlkörper mit der zur Längsmittelllnie und damit Rotationsachse konvexen Schnittlinie als Erzeugender auszubilden.

Während es nach den obigen Ausführungen von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Schnittlinie in dem erwähnten Aohsialbereich des Ge-

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zu dessen Längemittellinie hin konvex auegebuchtete Kurve

zweiter Ordnung verläuft, besteht eine freiere Gestaltungsmögliohkeit der Raumform des Gehäuses innerhalb des aohsial gerichteten Gehäusemantelbereiches, der sich von einem Stirnabsohluß des Gehäuses ab bis zu dem Verlauf der Schnittlinie erstreckt, innerhalb dessen sie als zur Gehäuselängsmittellinie konvexe Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist, sofern die Schnittlinie in dem erwähnten Bereich zur Längsmittellinie hin konkav ausgebuchtet ist· Dabei ist es von keiner wesentlichen Bedeutung, ob die Schnittlinie dabei als Teil eines Kreises, einer Ellipse, einer Parabel auftritt, oder ob sie egiral ausgestaltet ist·

In jedem Falle kann auf der zur Abführungsleitung der Abgase entgegengesetzten Seite des Gehäusemantels eine vorzugsweise zentral angeordnete Zuführungsleitung für weitere Arbeitsmittel wie Luft,

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Wasserdampf, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff selbst angeordnet sein. Wie bereits oben hervorgehoben, wirken sich bereits Luftzusätze an dieser Stelle in einer Verbesserung der Eigenschaften des Auspufftopfes aus, indem der Kohlenoxydgehalt sprunghaft unter die Grenze abfällt, die nach den derzeitigen Erfahrungen noch zulässig ist, ohne daß es zu einer Vergiftung sfer Atmosphäre kommt, bei der G-esundheitsschädigungen aufzutreten vermögen_e ■

Die neue Ausbildung der Entgiftungs- und Schalldämpfungsvorrichtung führt bei Mehrzylindermotoren mit im Kurbelkreis versetzten Zylindern oder Zylinderreihen dann zu einer vorteilhaften Anordnung, wenn an die Köpfe der zueinander versetzten Zylinder jeweils eine Entgiftungs- und Schalldämpfungsvorrichtung angeschlossen ist und die Vorrichtungen unter Kreuzung ihrer Längsmittellinien derart angeordnet sind, daß die zu den Grehäusemänteln führenden Zuführungsleitungen für die Abgaae im wesentlichen parallel aneinander verlaufen.

Die Zeichnung gibt eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens wieder·

!ig· t stellt einen schematisoh gehaltenen Längs— schnitt durch einen erfindungsgemäß ausge» bildeten Auspufftepf dar, während

Pig. 2 die Anordnung für einen Boxermotor mit zwei

gegenüberliegenden Zylindern veranschaulicht.

In Pig. 1 ist die vom Motor herkommende Abgaszuführungsleitung mit 1 bezeichnet. Die Leitung 1 mündet tangential in das Auspufftopfgehäuse 2 bei 3 ein, wobei zwischen der Längsmittellinie 4 - 4 der Leitung 1 und einer mit 5 - 5 bezeichneten Ebene, die. ihrerseits senkrecht zur Längsmitte3.iinie 6 - 6 desAuspufftopfefT steht, der spitze Winkel 7 auftritt. Die Eaumform des Auspufftopfet 2 setzt sich zunächst aus der Hälfte einer Hohlkugel 8 and aus

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einem honlen Hyperboloid 9 zusammen, das als Rotationskörper um die Achse 6-6 entsteht, wenn die Hyperbel 10 - tO als Eraeugende des Hohlhyperboloides um die Achse 6 als SymmetrieaQh.se rotiert· Die Mantelteile 8 und 9 gehen dabei bei 11 absatz-· und stufenlos ineinander über· In den nach Art einer halben Hohlkugel ausgeführten Mantelteil 8 mündet, symmetrisch zur Mittellinie 6—6 angeordnet, die Zuführungsleitung 12 für ein zusätzliches Arbeitsmittel oder mehrere derselben. Im allgemeinen genügt die Zuführung von Luft in Richtung des Pfeiles 13· Die Leitung 12 steht zum inneren des Ausströmtopfes hin etwas über den Mantelteil 8 über, wobei Leitflächen 14 vorgesehen sind, um eine auftretende Injektorwirkung zu begünstigen, die dazu führt, daß es nicht erforderlich ist, das Arbeitsmittel unter Überdruck einzuführen; vielmehr wird es selbstätig angesaugt« Das schließt die Anwendung von Überdruck nicht aus„ insbesondere nicht für den Fall, daß beispielsweise Wasser eingespritzt oder eine Fachverbrennung durchgeführt werden soll. '

Fig. 2 zeigt die Anordnung zweier erfindungsgemäß ausgebildeter Auspufftopfe 15, 16 in Verbindung mit einem Boxermotor, dessen Kurbelgehäuse mit 17 und dessen Zylinder oder Zylinderreihen mit 18, 19 bezeichnet sind. Die Achsen dieser Zylinder sind im Kurbelkreis um 180° versetzt angeordnet. Das führt zu der Möglichkeit, die Abgaszuführungsleitungen 20, 21 zwischen den Zylinderköpfen 22_f 23 und den Auspufftopfen 15» 16 so anzuordnen, daß sie im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Mitteln«· nien der Auspuff topfe kreuzen sich dabei, so daß es möglich ist, mit verhältnismäßig geringer Rauminanspruchnahme die Abführungsleitungen 24t 25 für die weitgehend entgifteten Abgase in üblicher Weise anzuordnen, die dabei die Auspufftopfe 15, 16 unter Entwicklung eines nur geringen Auspuffgeräusches verlassen. Diese Wirkung ist darauf zurückzuführen, daß zurBildung der in Fig. 1 bei 26 angedeuteten Strömung der Abgase in Form einer Raumspirale verhältnismäßig viel Energie verbraucht wird, so daß es zu einer

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starken Dämpfung dee AueBtrömgeräueehes kommt· Sie hohen Wirbelgeschwindigkeiten führen gleichzeitig in Verbindung mit dem Sem·· peraturaustand des Auspuff topf es zu den erwähnten chemisch en Umsetzungen· Diese können noch dadurch begünstigt werden, daß die Wandungen des Aueströmgehäuses 2 thermisch isoliert werden und daß für das Auftreten "blanker, den Hohlraum begrenzender Bisenwandungen gesorgt wird, die eine katalytisohe Wirkung ausüben, so daß es zu einer Begünstigung der chemischen Reaktionen kommt·

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Claims (1)

1. Walter OTiD, Wetzikonl(aehweBz8)

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   Anspruch, β

   1)-. Der Atmosphäre vorgeschaltete Entgiftungs- und Schalldämpf ungsvorrichtung für vorzugsweise pulsierende und unter Überdruck ausströmende Mittel, insbesondere Auspufftopfanordnung für die Ausströmgase von Brennkraftmaschinen, mit einem einen abgeschlossenen Hohlraum begrenzenden Gehäusemantel, dessen Schnittlinie mit eine Gehäuselängsmittellinie enthaltenden Ebenen mindestens teilweise als Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist, wobei eine Zuführungsleitung für die Mittel tangential oder annähernd tangential in den G-ehäusemantel ausläuft, dadureh gekennzeichnet , daß die Schnittlinie (9» 10) innerhalb eines axial gerichteten Bereiches, der sich an die Einmündung der Zuführungsleitung (1) für das Mittel in den Hohlraum (2) des Gehäusemantels anschließt und vor einer Auelaßleitung für die Abgase im wesentlichen gleichbleibenden Querschnittes endet, als zur Längsmittellinie (6*6) des Gehäuses hin konvexe Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist*

   2). Vorriohtung nach Anspruch 1, da. durch gekennzeichnet , daß die Kurve zweiter Ordnung innerhalb des axial gerichteten Bereiches, der sich an die Einmündung (3) der Zuführungsleitung (1) für das Mittel in den Hohlraum (2) des Grehäusemantels anschließt und vor einer Aus— laßleitung für die Abgase im wesentlichen gleichbleibenden Querschnittes endet, als zur Längsmittellinie (6-6) des Gehäuses hin konvexe Hyperbel ausgebildet ist.

   3)· Vorriohtung naoh einem der Ansprüche 1 - 2_t dadureh gekennzeichnet , daß das Gehäuse mindestens innerhalb des genannten Axialbereiohee als zu seiner Längsmittellinie (6 - 6) aeheeymmetrisoher Rotationehohlkörper

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   mit der zur Symmetrieachse konrexen Schnittlinie als Erzeugender ausgebildet ist.

   4K Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schnittlinie (8) innerhalb eines achsial gerichteten Gehausemantelbereiches> der sieh von einem Stirnabsohluß des Gehäuses ab bis zum Verlauf der Schnittlinie (9» 10) erstreckt, innerhalb dessen letztere als zur Gehäuselängsmittellinie konvexe Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist, zur Längsmittellinie (6 ·» 6) hin konkav ausgebuchtete Kurve zweiter Ordnung ausgebildet ist.

   5)\> Vorrichtung naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schnittlinie (8) Teil" eines Kreises ist«

   6)β Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schnittlinie (8) !eil einer Ellipse ist-.

   7)^ä# Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß die Schnittlinie (8) Teil einer Parabel ist«

   8). Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schnittlinie (8) ogival ist·

   9)β Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 ·* 8, dadurch gekennzeichnet , daß auf der zur Abführungsleitung für die Abgase entgegengesetzten Seite des ßehäiisemantels eine vorzugsweise zentral angeordnete Zuführungsleitung (12) für weitere^ Arbeitsmittel vorgesehen ist, wobei ein über die> innere Scheitelfläche des GehaiuBemanWlsuber-

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   stehender Teil der Arfceitsmittelzuführungsleitung durch Leitflächen (14) mit angrenzenden Teilen (8) des Gehäusemantels aur Yergrößerung der Injektorwirkung verbunden sein kann.

   10)ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 für Mehrzylindermotoren mit im Kurbelkreis versetzten Zylindern oder Zylin,-derreihen j d a d u r ο h gekennzeichnet , daß an die Köpfe der zaeinander versetzten Zylinder jeweils eine Entgiftunge- und Sohalldämpfungsvorrichtung angeschlossen ist und diese Vorrichtungen unter'Kreuzung ihrer längsmittellinien derart angeordnet sind, daß die zu den Gehäusemänteln führenden Zuführungsleitungen für die Abgase parallel oder im wesentlichen parallel zueinander verlaufen«

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