DE1476588A1 - Detoxification and sound dampening device upstream of the atmosphere - Google Patents
Detoxification and sound dampening device upstream of the atmosphereInfo
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Description
Dr. Walter Οΐΐ, Wet«ikon (Schweiz)Dr. Walter Οΐΐ, Wet «ikon (Switzerland)
18>„7o196618> "7o1966
Der Atmosphäre vorgeschaltete Entgiftungsund SchalldämpfungsvorrichtungοDetoxification and soundproofing device upstream of the atmosphere ο
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 The present invention relates to detoxification and soundproofing devices connected upstream of the atmosphere for preferably pulsating and excessively pressurized agents, in particular to a muffler arrangement for the exhaust gases from internal combustion engines, with a housing jacket delimiting a closed cavity, the line of intersection with planes containing a housing longitudinal center line at least partially as a curve second order is formed, wherein a supply line for the means runs tangentially or approximately tangentially into the G-ehäusemantel 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 imSchalldämpfungseinriohtungen this training are already known. Decisive for the earlier proposals was the realization that that according to the conic sections underlying regularities For example, a guide beam emanating from the focal point of a parabola on the parabolic wall parallel to the focal point axis of the Parabola is reflected back, so that, transferred to the spatial system of a paraboloid, one in the focal point or in the Height of the focal point, the gas flow brought to the outlet parallel is deflected to the focal point and axis of symmetry of the paraboloid formed as a body of revolution around this axis. For the same Basically, hollow ellipsoids have been proposed as housing jackets in order to avoid one of the both focal points a deflection of the gas flow that has emerged and is reflected on the wall towards the other focal point to be able to achieve. The assumption here was that such reflections would shift the frequencies in the
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Verhältnis zueinander zu erreichen sind, welche die Schallschwingungen aufweisen, so daß es zu einer mindestens teilweise Auslöschung von Schallamplituden kommt*Relationship to each other are to be achieved, which the sound vibrations so that there is at least a partial cancellation of sound amplitudes *
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.It has also "already been suggested that, in addition to soundproofing, exhaust-gas detoxification should be implemented in the mufflers, in which at least one line is provided which opens tangentially into the housing shell and whose center axis is perpendicular to the device for feeding the agent into the device The longitudinal axis of the housing intersects at an acute angle, with a discharge line for the agent, arranged coaxially with the housing longitudinal axis, being connected to the housing half, seen in the longitudinal direction of the housing, into which the supply line opens a space-spiral formation of the exhaust gas flow in the exhaust pipe with extremely high vortex velocities in the vicinity of the ice tip, under the influence of which thermal-chemical reactions occur, which lead, for example, to a reduction in the 00 contents from 9.3 # to 3 »4 or from 9 ? 4 occurs on 2.8 #. At the same time, the COp content increases from $ 8.5 when idling to # 12.4 and from $ 8.0 at full load to # 11.3 · The H 2 content decreased from $ 4 »2 to $ 1.3 im Idling and from 4 »3 $> to 1j1 io at full load. Contents of OH. and other hydrocarbons were no longer detectable at all. Only in special cases was it necessary to introduce oxygen, possibly in the form of atmospheric oxygen, or other reactants in order to be able to achieve similar, favorable conditions.
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-In the practical operation of such facilities, however, has shown that they are relatively sensitive and can only achieve optimal values if they are relatively accurate Adjustment in terms of volume or size, design and arrangement to the engine conditions occurring in each case.
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geführt wird.to be led.
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.It is the object of the present invention, while fundamentally maintaining of the advantages outlined to train the device serving for detoxification and soundproofing so that they essentially regardless of the type, size and training of the upstream internal combustion engine is.
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 #The device proposed to solve this problem for detoxification and soundproofing is characterized according to the invention in that, starting from the atmosphere upstream detoxification and soundproofing devices, preferably for pulsating and overpressure discharging means with a housing jacket delimiting a closed cavity, the intersection line of which with planes containing a housing longitudinal center line is at least partially designed as a second-order curve, with a feed line for the agent entering the housing jacket tangentially or approximately tangentially, the line of intersection within an axially directed area which adjoins the confluence of the feed line for the agent into the cavity and in front of an outlet line for the exhaust gases essentially constant cross-section ends when the second-order convex curve is formed towards the longitudinal center line of the housing. While the second order curve was concave to the longitudinal center line within the mentioned range according to the earlier proposal, the convex formation leads to the mentioned, much greater insensitivity it of the exhaust pot, while on the other hand a significant increase in the beneficial effects was noted. So the Kohlenoxydgehalt goes idle on 0.5 and 0.6 i back ". If air is introduced at the same time, the 00 * content is even reduced to 0.3 or 0.4 #With a motor speed of 2% 0Ö0 rpm, the numbers increase to the still insignificant values of 2, 3 or 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.without addition of air, to 0.7 or 0.6 with addition of air · At the maximum speed of 4,000 rpm, the GO levels decreased to 1.9 without and 0.5 $> with addition of air. At the same time, the fuel consumption of the engine was reduced by 15-25 #. The sound attenuation was also greatly favored, as the measurement of the Phon showed. It is to be regarded as an operational advantage that the exhaust gas and coolant temperatures of the engine showed no increase.
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.A particularly effective design of the device results if the mentioned cutting line is designed as a hyperbola. It is useful to consider the housing as its longitudinal center line Axially symmetrical rotational hollow body with the one to the longitudinal center line and thus to form the axis of rotation convex cutting line as a generator.
Während es nach den obigen Ausführungen von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Schnittlinie in dem erwähnten Aohsialbereich des Ge-While according to the above it is of essential importance that the cutting line in the mentioned aohsial area of the
;l1s
zu dessen Längemittellinie hin konvex auegebuchtete Kurve; l1s
to its longitudinal center line convex bulging curve
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·second order, there is more freedom of design the three-dimensional shape of the housing within the aohsially directed housing jacket area, which extends from a front end of the housing extends from up to the course of the cutting line, within which it is the second convex curve to the housing longitudinal center line Order is formed, provided the cutting line in the mentioned area is concave towards the longitudinal center line · It is of no essential importance whether the Cutting line as part of a circle, an ellipse, a Parabola occurs, or whether it is designed in an egiral way
In jedem Falle kann auf der zur Abführungsleitung der Abgase entgegengesetzten Seite des Gehäusemantels eine vorzugsweise zentral angeordnete Zuführungsleitung für weitere Arbeitsmittel wie Luft,In any case, it is possible to use the opposite pipe to the exhaust pipe Side of the housing jacket a preferably centrally arranged supply line for other working media such as air,
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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 vermögene ■Water vapor, oxygen-enriched air or oxygen itself can be arranged. As already pointed out above, the addition of air at this point already has the effect of improving the properties of the muffler, in that the carbon oxide content drops sharply below the limit that is still permissible according to current experience without poisoning the atmosphere the health damage can occur 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.The new design of the detoxification and soundproofing device In multi-cylinder engines with cylinders or rows of cylinders offset in the crank circuit, this leads to an advantageous arrangement, if a detoxification and soundproofing device is connected to the heads of the cylinders, which are offset from one another, and the devices cross their longitudinal center lines are arranged such that the leading to the Grehäusemänteln Supply lines for the Abgaae run essentially parallel to one another.
Die Zeichnung gibt eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens wieder· The drawing shows an example of an embodiment of the concept of the invention
!ig· t stellt einen schematisoh gehaltenen Längs— schnitt durch einen erfindungsgemäß ausge» bildeten Auspufftepf dar, während! ig · t represents a schematic longitudinal section through an exhaust pipe designed according to the invention, while
Pig. 2 die Anordnung für einen Boxermotor mit zweiPig. 2 the arrangement for a boxer engine with two
gegenüberliegenden Zylindern veranschaulicht.opposite cylinders illustrated.
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 ausIn Pig. 1 is the exhaust gas feed line coming from the engine denoted by 1. The line 1 opens tangentially into the muffler housing 2 at 3, with between the longitudinal center line 4 - 4 of the line 1 and a designated 5 - 5 level, the. in turn perpendicular to the longitudinal center line 6 - 6 of the exhaust pot stands, the acute angle 7 occurs. The shape of the muffler 2 is initially made up of half of a hollow sphere 8 and
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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. 'a honlen hyperboloid 9, which as a solid of revolution around the axis 6-6 arises when the hyperbola 10 - tO as Eraeugende of the hollow hyperboloid rotates around the axis 6 as symmetry aQh.se The jacket parts 8 and 9 are stepless and stepless at 11 into each other over · into the shell part 8 designed like a half hollow sphere, arranged symmetrically to the center line 6-6, the supply line 12 for an additional working medium or several of the same. In general, it is sufficient to add Air in the direction of arrow 13 · The line 12 protrudes slightly over the casing part 8 towards the inside of the discharge pot, whereby Guide surfaces 14 are provided in order to promote an occurring injector effect, which means that it is not necessary is to introduce the work equipment under positive pressure; rather, it is sucked in automatically. ”That includes the use of overpressure not from "especially not in the event that, for example Water injected or a compartment incineration carried out target. '
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 22f 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 einer2 shows the arrangement of two exhaust mufflers 15, 16 designed according to the invention in connection with a boxer engine, the crankcase of which is designated by 17 and the cylinders or rows of cylinders with 18, 19. The axes of these cylinders are offset by 180 ° in the crank circle. This leads to the possibility of the exhaust feed pipes 20, 21 to be arranged between the cylinder heads 22 f 23 and the exhaust plug 15 '16 so that they extend substantially parallel to each other. The means of the exhaust pots intersect, so that it is possible to arrange the discharge lines 24t 25 for the largely detoxified exhaust gases in the usual way with relatively little space requirement, which leave the exhaust mufflers 15, 16 with the development of only a slight exhaust noise . This effect is due to the fact that for the formation of the flow of the exhaust gases indicated in FIG. 1 at 26 in the form of a space spiral a relatively large amount of energy is consumed, so that it becomes a
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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·strong attenuation of the outflow noises lead at the same time in connection with the sem temperature of the exhaust pot to the chemical reactions mentioned This can also be promoted by the fact that the walls of the Aueströmgehäuses 2 are thermally insulated and that for the appearance of "bare bise walls delimiting the cavity that have a catalytic effect, so that the chemical reactions are favored
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1967
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