DE1576754A1

DE1576754A1 - Abgasschalldaempfer,insbesondere fuer Kreiskolbenmotoren

Info

Publication number: DE1576754A1
Application number: DE19671576754
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boysen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-11-15
Filing date: 1967-11-15
Publication date: 1970-03-26
Also published as: NL6805865A; FR1573620A; CH478336A; BE714642A

Description

Friedrich Boysen, Stuttgart-Heumaden, Am Sonnenweg 29

"Abgasschalldämpfer, Insbesondere für Krelskolbenmotoren^M

Die Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer mit einer oder mehreren Resonatorkammern, insbesondere für Kreiskolbenmotoren und insbesondere bestehend aus drei oder mehreren Dämpfungselementen, beispielsweise zwei Heimholtζ-Resonatoren und einem Absorptionsfilter, mit einem um etwa l8o° zurückgebogenen Abgaseintrittsrohr· Derart zurückgebogene Abgaseintrittsrohre mit einem vor der Umlenkstelle liegenden, vom Motor kommenden Eingangsabschnitt und einem hinter der Umlenkstelle liegenden rückkehrenden Abschnitt sind an sich bekannt und ermöglichen es, die Abmessungen der Abgasanlage und des Schalldämpfers bei gleicher wirksamer Länge der Abgasleitung zwischen Motor und Schalldämpfer wesentlich zu verkürzen· Der Schalldämpfer kann in Längs- oder Querrichtung des Fahrzeuges angeordnet sein.

Besondere Schwierigkeiten der Schalldämpfung bestehen vor allem bei solchen Motoren, deren Auslasquerschnitte sehr schnell freigegeben werden oder aus sonstigen Gründen eine steile Druckamplitudenfront im Auslaßrohr erzeugen· Diese

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Schwierigkeiten werden noch dann gesteigert, wenn infolge verhältnismäßig niedriger Drehzahlen des Motors eine lange Auslaßleitung erforderlich ist. Dieses ist vor allem bei Kreiskolbenmotoren (etwa nach Art des Wankelmotors) der Fall· Bei Verwendung üblicher Schalldämpfer macht sich hierbei vor allem auch ein starker Körperschall bemerkbar. Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, diese Schwierigkeiten zu beheben.

Um den knallartigen Auspuff infolge steiler Amplitudenfront zu beseitigen, sieht die Erfindung eine solche Ausbildung der zurückgebogenen Eintrittsrohrleitung vor, daß ein allmählicher Druckabbau der in den Schalldämpfer eintretenden Abgase erzielt wird. Dieses geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der zurückgebogene Abschnitt des Abgaseintrittsrohres zu dem in Strömungsrichtung vorangehenden Eingangsrohrabschnitt konzentrisch oder exzentrisch ist und daß beide Rohrabschnitte durch seitliche Entspannungsöffnungen direkt und/oder indirekt mit einer Resonatorkammer verbunden sind, wobei die Entspannungsöffnungen In den Rohrabschnitten gegeneinander versetzt und im Bereich des um l8o° zurUckgebogenen Rohrabschnittes (25; 125) angeordnet sind·

In einer bevorzugten Ausführungsform durchsetzt das Abgaseintrittsrohr die Resonatorkammer derart, daß der Umlenkteil des zurückgebogenen Abgaseintrittsrohres in eine waiter Resonatorkammer hineinragt und mit der Begrenzungswand der ereten Kammer fest verbunden ist.

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Der vom Motor kommende Druckstoß der Abgase wird beim Durchlaufen des vom Motor kommenden Eingangsabschnittes an den Entspannungsöffnungen allmählich aufgeteilt und abgebaut. Dieser Vorgang wiederholt sich beim Durchlaufen der Druckwelle im rückkehrenden Rohrabschnitt, indem sich die Druckwelle über die dort befindlichen Entspannungsöffnungen in den umgebenden Raum, insbesondere die Eintrittskammer des Schalldämpfers ausdehnt, während die Druckfront einen entsprechenden Abbau erfährt.

Gleichzeitig tritt eine Interferenzwirkung auf, da die unterschiedliche Wege zurücklegenden Abgasteilmengen an ihren Wiedervereinigungsstellen mit unterschiedlichen Druckphasen zusammentreffen und dadurch eine weitere Vergleichmäßigung der Druckschwingungen bewirken. Es ist zwar nicht unbedingt notwendig, daß die aus dem Eingangsabschnitt durch die dortigen Entspannungsöffnungen übertretenden Abgasmengen unmittelbar in den rückkehrenden Abschnitt abströmen, doch läßt sich auf diese Weise mit einfachsten Mitteln ein besonders wirksamer Abbau der Amplitudenfront infolge der Interferenzwirkung erreichen.

Gegebenenfalls kann auch zwischen den beiden Abschnitten eine Kammer zwischengeschaltet sein, aus der die Abgase mittels weiterer Entspannungeöffnungen in den rückkehrenden Abschnitt oder unmittelbar in die Eintrittekammer des Schalldämpfers eintreten.

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Es ist ferner nicht notwendig, daß das Abgaseintrittsrohr kreisförmigen oder runden Querschnitt aufweist; sein Querschnitt kann vielmehr im Rahmen seiner Aufgabe von beliebiger Form sein.

Durch die Erfindung läßt sich vor allem auch der durch die Druckstöße der Abgase erzeugte Körperschall des Schalldämpfers herabsetzen. Vorteilhaft ist es des weiteren, wenn die vor der Umlenkstelle liegenden Entspannungsöffnungen in dem unmittelbar dem Druckstoß ausgesetzten, vom Motor kommenden Eingangsrohrabschnitt kleiner als die in dem hinter der Umlenkstelle liegenden rückkehrenden Rohrabschnitt bemessen sind. Um die Interferenzwirkung zu erhöhen, sind die Entspannungsöffnungen in den Abschnitten des Abgaseintrittsrohres in unterschiedlichen Abständen über diese verteilt. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn sich die Abstände der Entspannungsöffnungen in Stromrichtung der Abgase, Insbesondere etwa nach Art einer geometrischen Reihe, vergrößern·

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Hierbei zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß

ausgebildeten Schalldämpfer nach Linie 1-1 der Pig.2, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine alternative Ausführungsform Im Schnitt nach Linie 3-3 der Fig·4 und Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3·

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In der Ausführungsform nach Fig. 1 und -2 besteht das Schalldämpfergehäuse aus der rohrförmigen Außenwand 10« an deren Ende die gewölbten Stinnwände 11 und 12 mittels Umfangs- oder Querfalzung 15 bzw. 14 gasdicht befestigt sind. Um die Außenwand herum ist ein Mantel 15 aus körperschalldämmendem Material, ζ·Β· Asbest, gelegt, der nach außen durch einen an den Enden mit der Außenwand 10 verschweißten Blechmantel 16 gehalten wird.

Gebogene Querwände 17 und 18, die mit ihren flanschartig ab gebogenen Enden mit der Außenwand 10 verschweißt sind, unterteilen den Schalldämpfer in eine erste Resonator- oder Eingangekammer I, eine Resonatorkammer II und in eine Absorptionskammer III, die mit schallschluckendem Absorptionsmaterial gefüllt 1st. Eine weitere eingeschweißte Querwand 19 stellt Mit der Stirnwand 11 einen Hohlraum 20 her, der mit einem als Dammpolster dienenden Material gefüllt ist.

Zwischen den Querwänden 19 und 17 ist des weiteren ein Ab- «orptionsmantel 21 vorgeshen, der - ebenso wie die Kammer III Mit geeignete« Adsorptionsmaterial gefüllt ist und der mit der Χμβμγ I durch «Ine gelochte Wand 22 In offener Verbindung steht.

Abgas ein tritt «rohr 22 besteht aus eine« an die Abgasleitung des Motors angeschlossenen Eingangsrohrabschnitt 24 mit der Rohrwandung 24a und einem durch ein Uberfallrohr 25a gebildeten surückgebogenen Rohrabschnitt 25, welcher den Ein-

24 konzentrisch umschließt und an diesen

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nach der Austrittsseite des Schalldämpfers zu durch einen um l8o umlenkenden Rohrteil 26 mit einer Umlenkwand 27, gegebenenfalls mit einem Umlenkkegel 27a, abgeschlossen 1st. Der Eingangsrohrabschnitt 24 ist auf der Motorseite in den Querwänden 11 und 19« dieselben durchsetzend, verschweißt und mündet in den in die Kammer II hineinragenden Umlenkteil 26 durch eine Rohröffnung 28 aus, so daß die Abgase in Längsrichtung des Rohres gegen die Umlenkwand 27 bzw· den Umlenkkegel 27a geführt werden. Die durch das Uberfallroh r 25a gebildete äußere Wandung des zurückgebogenen Rohrabschnittes ist einerseits in der Querwand 17 verschweißt und andererseits durch einzelne, z.B· je drei auf den Umfang verteilte Eindallungen 29« z.B. in zwei im Abstand voneinander liegenden Querebenen, mit der Wandung 24» des Bingangsrohrabschnittes durch Schweißung verbunden· Anstelle von Eindallungen 29 können auch besondere Stege, wie z.B. Z-förmige Zwischenbleche 29a, die als alternative AusfUhrungsform In der unteren Hälfte der Pig· 1 und 2 Klargestellt sind, vorgesehen sein. Das das Abgas eintr it terohr 23 bildende Aggregat durchsetzt als Ganzes die S chal 1 dämpfer ein trittekaom er I, ohne alt den Außengehäuse des Schalldämpfer« einschließlich des perforierten Blech 22 für den Abeorptionseantel 21 Berührung xu haben.

Vie des weiteren gezeigt« sind in der Wandung 24a des lingangsrohrabschnittes 24 über dessen Länge verteilt einzelne Bohrungen 30 vorgesehen, welche in das Innere des zurückgebogenen Rohrabschnittes 25 Bünden. Wie ersichtlich, haben die

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Bohrungen 30» die in beliebiger Anzahl über den Umfang des Rohrabschnittes 24 verteilt sein können, unterschiedlichen Abstand voneinander, und zwar derart, daß in Stromrichtung ?c der Abgase gesehen die Abstände zunehmen, und zwar vorzugsweise nach Art einer geometrischen Reihe.

In entsprechender Weise ist das äußere, den zurückgebogenen Rohrabschnitt 25 bildende Überfallrohr 25a mit Öffnungen 31 versehen, deren Abstände ebenfalls in Stromrichtung der Abgase, d.h. entgegengesetzt der Richtung χ zunehmen, und zwar vorzugsweise ebenfalls etwa im Sinne einer geometrischen Reihe. Auch in diesem Falle können die Öffnungen 31 über den ganzen Umfang des zurückgebogenen Rohrabschnittes 25 verteilt sein.

Die Kammer I bildet zusammen ;i.^. τ. sie über den größten Teil ihrer Länge durchsetzenden Rohr 32 ^iic...» üw -iltzschen Resonator, wobei das die Querwand 17 sowie auch die Kammer II durchsetzende Rohr 32 in einem Ansatz 33 der Querwand 18 abgestützt und durch diesen Ansatz gegen die Absorptionskammer III geschlossen ist. Eine durch Bohrungen 34 im Rohr 32 gebildete Traufe ermöglicht den Durchtritt der Abgase in die Kammer II, die zusammen mit dem die Querwände 18 und 12 und die Kammer III durchsetzenden Abgasaustrittsrohr einen weiteren Helmholtzschen Resonator bildet. Das Rohr 35 ist im Bereich der Absorptionskammer III als perforiertes Rohr mit Löchern 36 ausgebildet, durch die die in den Abgasen enthaltene Schall energie in die Absorptionskammer III übertreten kann.

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Die vom Motor, Insbesondere einem Kreiskolbenmotor, kommenden hochgespannten Abgase treten, z.B. mit steiler Amplitudenfront, in den Eingangsrohrabschnitt 24 des Abgaseintrittsrohres 25 in Pfeilrichtung χ ein und werden nach Austritt aus der öffnung 28 im Umlenkteil 26 in den zurückgebogenen Rohrabschnitt 25 in Pfeilrichtung X₁ konzentrisch umgelenkt, durchströmen diesen und treten in Pfeilrichtung X₂ in die Eingangskammer I des Schalldämpfers ein. Von hier aus können sie in Pfeilrichtung x, das Resonatorrohr 32 durchströmen und durch die Bohrungen 24 in Pfeilrichtung Xh in die zweite Kammer II übertreten, aus der sie in Pfeilrichtung Xr in das Abgasaustrittsrohr 25 gelangen.

Von dem in Pfeilrichtung χ durch den Eingangsrohrabschnitt 24 strömenden Gas werden einzelne Teilmengen in Pfeilrichtung x^f in das ringförmige Innere des zurückgebogenen Rohrabschnittes 25 abgelenkt, wo sie sich mit dem in Pfeilrichtung X₁, X₂ rückkehrend strömenden Hauptabgasstrom wieder vereinigen können. Teile des durch den ringförmigen zurückgebogenen Rohrabschnitt 25 hinduranströmenden Abgases werden radial auswärts in einzelnen Teilströmen in Pfeilrichtung X₁ ¹ abgezweigt, indem sie durch die öffnung J>1 unmittelbar in die Eintrittskammer I übertreten können. Durch diese Verzweigung und Wiedervereinigung des Abgasstromes tritt ein stufenweiser Druckabbau und damit eine Vergleichmäßigung des Druckverlaufes der Abgase ein, wobei dieser Druckabbau zusätzlich durch die Interferenzwirkung der einzelnen Teilströme x¹ bzw· X₁ ¹ verstärkt wird.

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Die zugleich hierdurch bewirkte Verringerung des Körperschalls wird ferner noch dadurch unterstützt, daß - abgesehen von der vom äußeren Schalldämpfer getrennten Anordnung des Abgaseintrittsrohres 23 - die Schalldämpfereingangskammer I durch einen Absorptionsmantel 21 umschlossen wird und die Stirnwand 11 gegen die Eintrittskammer I durch das in dem Zwischenraum 20 befindliche Dämmpolster isoliert ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 und 4, bei der entsprechende, abgeänderte Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2, jedoch je um 100 vermehrt, bezeichnet sind, unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 und 2 im wesentlichen nur dadurch, daß der Eingangsrohrabschnitt 124 des Abgaseintrittsrohres 123 von dem zurückgebogenen Rohr 125 nicht konzentrisch umschlossen ist, sondern zusammen mit diesem ein zylindrisches Rohr bildet, das durch eine Trennwand in die beiden Rohrabschnitte 124 und 125 unterteilt ist. Die Trennwand 137 enthält hierbei die Entspannungsöffnungen 130, aus denen einzelne Teilströme des Abgases aus dem Innern des Eingangsrohrabschnittes 124 in den zurückgebogenen Rohrabschnitt 125 übertreten können, während der zurückgebogene Rohrabschnitt 125 mit einzelnen Entspannungsöffnüngen I3I zum unmittelbaren Übertritt von Abgasteilströmen aus dem zurUckgebogenen Rohrabschnitt 125 in die Kammer I versehen 1st,

Die äußere zylindrische oder ovale Gehäusewand 110 dc-,τ; Schalldämpfers ist z.B. aus einem gerolLben Β1<κίη he ν/,.^:, Ut lib, dessen freie Kanten eine gasdichte Falznaht IJti bilden, Urne Kappe 127 dus Abgase in fcrifctsrohrea 1.31 bildet den lMloir tv'\ <.?■■> L'iir die Abgase. 0 0 ;i 8 13/ 0 7 7 6 BAD ORig/n_al

- ίο -

Im übrigen kann die Ausbildung des Schalldämpfers die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann der Querschnitt des Schalldämpfers und der einzelnen Rohre je nach Erfordernis anders gestaltet und die Rohrführung abweichend vorgesehen sein.

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Claims

B 62

- Ansprüche;

1. Abgasschalldämpfer mit einer oder mehreren Resonatorkammern, insbesondere für Kreiskolbenmotoren und insbesondere bestehend aus drei oder mehreren Dämpfungselementen, beispielsweise zwei Helmholtz-Resonatoren und einem Absorptionsfilter, mit einem um l8o° zurückgebogenen Abgaseintrittsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgebogene Abschnitt (25; 125) des Abgaseintrittsrohres (24,25i124,125) zu dem in Strömungsrichtung vorangehenden Eingangsrohrabschnitt (24;124) konzentrisch oder exzentrisch ist und daß beide Rohrabschnitte (24,25; 124,125) durch seitliche Entspannungsöffnungen (30,31; 130,131) direkt und/oder indirekt mit einer Resonatorkammer (i) verbunden sind, wobei die Entspannungsöffnungen in den Rohrabschnitten gegeneinander versetzt urv:"¹ m Be, sich des um I80 zurückgebogenen Rohr abschnitt es (25; IL, '- t -'·"<*,

2. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaseintrittsrohr die Resonatorkammer (i) derart durchsetzt, daß der Umlenkteil (26) des zurückgebogenen Abgaseintrittsrohres (£5*125) in eine weitere Resonatorkammer (il) hineinragt und mit der Begrenzungswand (17) der ersten Kammer (i) fest verbunden 1st, z.B. derart, daß die den zurückgebogenen Rohrabschnitt (25) radial auswärts begrenzende Wand (25a) zusammen mit dem Umlenkteil (26) unabhängig vom Eingangsrohrabschnitt (24) von der weiteren Kammer (il) her über den Eingangsrohrabschnitt (24) gestülpt und in die Begrenzungswand (17) eingesetzt wird.

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-a -

5· Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsöffnungen (51J 151) im zurückgebogenen Rohrabschnitt (25; 125) größer als diejenigen des Eingangsrohrabschnittes (24; 124) des Abgaseintrittsrohres bemessen sind.

4. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsöffnungen (50,51; 150,151) in unterschiedlichen Abständen über die Rohrabschnitte (24,25; 124,125) des Abgaseintrittsrohres verteilt sind, wobei sich die Abstände in Stromrichtung der Abgase vorzugsweise nach Art einer geometrischen Reihe vergrößern.

5. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorkammern (I und/oder II) mittels Isolationsmittel, beispielsweise Steinwolle, Asbest oder dgl., gegen Körperschall ihrer Außenflächen allseitig geschützt sind, wobei die Stirnwand (H) der Eingangsresonatorkaramer (i) mit einem Dämpfungspolster (20) und deren Außenwand (ic) mit einem Absorptionsmantel (21,22) versehen sind.

6. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (10) der Resonatorkammern (i, II) in bekannter Weise mit einem Isoliermantel (15,16) versehen ist.

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