DE2309571A1 - Auspuff-schalldaempfer fuer zweitaktmotore - Google Patents

Description

Donaldson Company, Inc., 14oo West 94th Street, Minneapolis, Minnesota, U. S. A.

"Auspuff-Schalldämpfer für Zweitakt-Motore"

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Auspuff-Schalldämpfer und im einzelnen auf einen Auspuff-Schalldämpfer für Zweitakt-Motore, versehen mit einer megaphon- oder schalltrichterförmigen Einrichtung zur Steigerung der Motorleistung.

Es ist seit langem bekannt, daß die PS-Leistung eines Zweitakt-Motors wesentlich von der Konstruktion des Auspuffsystems beeinflußt wird und durch ein ordnungsmäßig ausgelegtes Auspuffsystem gegenüber einem schalldämpferlosen Motor bis zu 35% erhöht werden kann. Im Vergleich

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zu einem Motor mit schlecht gebautem Auspuffsystem ist die Leistungssteigerung noch höher. Ein bekanntes Verfahren zur Leistungssteigerung bei Zweitakt-Motoren ist die Verwendung einer unter dem Namen "Megaphon" bekannten Auspuffvorrichtung, bei welcher es sich um ein Auspuffrohr handelt, dessen Ende trichterförmig aufgeweitet und so ausgelegt ist, daß dem offenen Auspuffkanal zum geeigneten Zeitpunkt eine negative Druckwelle zwecks Verbesserung der Durchspülung zugeführt wird. Länge und Querschnitt dieses Megaphons oder Schalltrichters sind so gehalten, daß negativer Höchstdruck der Auspufföffnung im unteren Kolbentotpunkt zufließt.

Ein solcher Schalltrichter verbessert zwar die Motorleistung, dämpft aber nicht das Auspuffgeräusch. Hierzu muß also eine Dämpfungsvorrichtung in Strömungsrichtung hinter dem Schalltrichter eingebaut werden. Im Hinblick auf derartige Systeme ist ferner erkannt worden, daß die Größe der an den Schalltrichter angeschlossenen Kammer wichtig ist und zur Erzielung von Höchstleistungen genau berechnet werden muß.

Die einfache Reihenanordnung eines Schalltrichters mit dahinterliegender Kammer und Dämpfer weist mindestens zwei grundsätzliche Machteile auf. Es ist schwierig, ein solches System körperlich so kompakt zu gestalten- daß es als in sich geschlossene Einheit an kleinen Fahrzeugen, wie Motorrädern und Schneemobilen, verwendet werden kann. Als zweiter und vielleicht bedeutenderer Nachteil kommt hinzu, daß

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der Schalltrichter selbst ein Geräusch erzeugt, das sich im Zuge des Abgasstroms durch den Dämpfer hindurch fortpflanzt. Das von einem Schalltrichter erzeugte Geräusch ist lauter als das aus einem nicht aufgeweiteten Rohr mit gleichem Einlaß- und Auslaßdurchmesscr. E-Di Systemen nach dem Stand der Technik wurde somit dem Dämpfungselement durch den Schalltrichter eine abnormal schwere Dämpfungsarbeit aufgenötigt.

Einer der ersten Schritte, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, war die Überlegung, daß für den Fall, daß das von Schalltrichter erzeugte Geräusch am Durchströmen des Dämpfers gehindert werden kann, ein beträchtlicher Teil der Dämpfungsarbeit ausgeschaltet werden könnte. Der gleiche Dämpfer würde dann ohne unerwünschten, zusätzlichen Gasströmungswiderstand das Auspuffgeräusch auf niedrigere Pegel senken. Hierzu sind normalerweise Veränderungen am Dämpfer, wie der Einbau zusätzlicher Leitbleche erforderlich, wodurch der Gasströmungswiderstand erhöht und die Motorleistung beeinträchtigt wird.

Der nächste Schritt war die Erkenntnis, daß die Geräuschentwicklung durch die Anordnung der Regelkammer für den Schalltrichter außerhalb des Gasströmungsweges verringert werden kann, wobei jedoch gleichzeitig erkannt wurde, daß die Anordnung der Regelkammer außerhalb des Gasströmungsweges bei gleichzeitigem Einbau eines Schalltrichters zu großen Schwierigkeiten in Bau und Konstruktion führen würde

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Weitere Überlegungen und Versuche führten zu der hier vorliegenden Ausführungsform. Die Regelkammer liegt außerhalb des Gasströmungsweges und steht damit Über sins einzelne öffnung im Auspuffrohr, das sich durch die Regelkammer hindurch erstreckt, in Verbindung. Über dem Loch in der Regelkammer ist als Nachbildung eines Megaphons eine trichterförmige Haube angebracht. Das Auspuffrohr Verläuft durch die Regelkammer in einen dahinter angeordneten Dämpfer. Der Erfolg dieser Kombination war sehr zufriedenstellend. Regelkammer und Abdeckhaube wirken als Schalltrichter zur Erhöhung der Motorleistung. In der Regelkammer erzeugte zusätzliche Geräusche werden zwar in Richtung auf den Motor zurückgeworfen, aber durch die trichterförmige Abdeckhaube daran gehindert, in Strömungsrichtung auf den Dämpfer zu reflektiert zu werden. Durch Verminderung des dem Dämpfer zugeleiteten Geräusches konnte eine ausreichende Schalldämpfung bei einem unter dem Normalmaß liegenden Gasströmungswiderstand erreicht werden.

Ferner wurde festgestellt, daß das Drehnuxnent bei niedrigen Motordrehzahlen durch eine zweite Regelkammer am Ende des Hauptauspuffrohrs wesentlich verbessert werden kann. Diese zweite Kammer wirft bei niedrigen Motordrehzahlen eine entsprechende Druckwelle zurück. Da das Gesamtsystem am Ende des Hauptauspuffrohrs langer ist als die erste Regellänge, wird eine das Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich steigernde, modifizierte Druckwelle gebildet und

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somit auch die Gesamtleistung erhöht, weil ein Schalltrichter' typischerweise bei niedrigen Motordrehzahlen weniger wirksam ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Auspuff-Schalldämpfers mit teilweise unterbrochenen Wänden und Schnittdarstellungen, in

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2-2 nach Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene 3-3 nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Auspuff-Schalldämpfer für einen Zweitakt-Motor mit einem im wesentlichen zylindrischen, an den Enden mit den Kopfwänden 11 und 12 verschlossenen Gehäuse Io. Die Kopfwand 12 ist mit einer axialen, durch den nach außen aufgebogenen Flansch 12a gebildeten Einlaßöffnung versehen. In der Längsachse des Gehäuses Io befindet sich ein Auspuffrohr 13, das sich von der öffnung in der Kopfwand 12 innerhalb des Gehäuses Io bis zu einem Punkt ferstreckt, der von der Kopfwand 11 um etwa l/U der Länge zwischen den Kopfwänden 12 und 11 entfernt liegt. In der bevorzugten Ausführungsform weist das Auspuffrohr 13 einen runden Querschnitt über seine ganze Länge auf. Aus Gründen der Gasdichtigkeit ist das Rohr 13 auf seiner Einlaßseite in den Flansch 12a eingeschweißt oder in ähnlicher Form darin befestigt.

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Das Gehäuse Io wird im Innern durch die drei Trennbleche 19, 2o und 21 in verschiedene Kammern unterteilt, zu denen eine geschlossene Regelkammer 15,, eine Resonanzkammer 16, eine zweite geschlossene Regelkammer 17 und eine Abgassammeikammer 18 gehören. Die Trennbleche 19 bis 21 sind im wesentlichen als runde Scheiben mit einem am Umfang aufgebogenen Flansch so an der Innenwand des Gehäuses Io befestigt, daß kein Gasdurchtritt erfolgen kann. Die Trennbleche 19 und 2o weisen je eine zentrale Flanschöffnung auf, durch welche das Rohr 13 verläuft und gasdicht damit verbunden ist.

Die erste Regelkammer 15 ist auf der Einlaßseite des Dämpfergehäuses zwischen der Trennwand 19 und der Kopfwand 12 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform umgibt die Regelkammer 15 das Rohr 13 als zylindrische Ringkammer. In die Wand des Rohres 13 ist eine einzelne, sich in axialer und radialer Richtung erstreckende öffnung 2 3 als Verbindung zwischen dem Rohr 13 und der Kammer 15 eingebracht und liegt vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen den Enden der Regelkanuner 15, wobei ihr Querschnitt so ausgelegt ist, daß er ungefähr 7o% des Querschnitts des Rohres 13 ausmacht. Mit einer öffnung in dieser Größe sind bei den Versuchen die besten Ergebnisse erzielt worden, aber es kann auch jeder andere angemessene Öffnungsquerschnitt mit Erfolg verwendet werden.

Eine auf dem Rohr 13 befestigte Haube 24 deckt die öffnung

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im Innern der Regelkammer 15 trichterförmig ab. In der dargestellten Ausführungsform ist die Abdeckhaube durch einen Flansch 2Ua auf der Oberstromseite der Öffnung 2 3 über etwa 3/4 ihres Umfangs befestigt und in Unterstromrichtung zumindest teilweise über die öffnung hinweg aufgeweitet, so daß die offene Seite, der Abdeckhaube 24 auf der Unterstromseite liegt. Die Abdeckhaube 24 wird vorzugsweise so lang ausgeführt, daß sie die öffnung 23 ganz überdeckt und daß ihre Unterstromkante in einer parallel zur Achse des Rohres 13 verlaufenden Ebene liegt. Von der Unterstromseite der Rege!kammer 15 aus in Richtung auf die Kopfwand 12 betrachtet, wird gemäß Fig. 3 von der Unterstromseite der Haube eine im wesentlichen ovale öffnung gebildet. In Verbindung mit einem an das Rohr 13 angeschlossenen Zweitakt-Motor wirkt die trichterförmige Haube 24 als Teil eines Megaphons, Ein Teil der vom Motor ausgehenden Schallwellen tritt nach Andeutung durch die Pfeile in Fig. 1 in die Regelkammer ein, die den Schall bei einer bestimmten Frequenz zurückwirft und "negative Druckwellen" zwecks besserer Spülwirkung zum Motor hin reflektiert. Die Haube 24 wirkt je-r doch als Ablenkvorrichtung und verhindert im wesentlichen das Zurückwerfen von Schallwellen durch die öffnung 2 3 in Strömungsrichtung auf die Kopfwand 11. Die Regelkammer 15 erzeugt daher kein Geräusch und trägt dadurch nicht zur Belastung der Dämpfungselemente bei.

Die in Strömungsrichtung nächstfolgende Kammer 16 wird

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zwischen den Trennwänden 19 und 2o gebildet, wobei ein zwischen ihnen liegendes Rohrstück des Rohres 13 mit einer Reihe von Löchern 25 versehen ist, damit der Gasstrom und die Schallenergie in die Kammer 16 gelangen können. Die Kammer 16 und die Löcher 25 wirken als Helmholtz-Resonator zwecks Geräuschausschaltung innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches .

Die Kammer 16 steht über eine Reihe von Rohren 26 mit der letzten Kammer 18 in Verbindung. In der dargestellten Ausführungsform sind acht Rohre 26 parallel zum Rohr 13 und gleichmäßig darum verteilt angeordnet, wobei jedes Rohr 26 etwa in der Mitte zwischen der Außenfläche des Rohres 13 und der Innenwandfläche des Gehäuses Io liegt. Die Rohre 26 erstrecken sich durch entsprechende öffnungen in den Trennwänden 2o und 21 und sind gasdicht darin befestigt. Die in der Kammer 16 befindlichen Auspuffgase können daher die Rohre 26 frei durchströmen und somit in die Kammer 18 gelangen. Die zwischen der Trennwand 21 und der Kopfwand 11 liegende Kammer 18 ist mit einem radial vorstehenden Auslaßrohr 27 versehen, durch welches die Auspuffgase das Gehäuse Io verlassen.

Die noch verbleibende Kammer 17 befindet sich zwischen den Trennwänden 2o und 21. Das Rohr 13 mündet mit seiner Unterstromseite etwa in der Mitte der Kammer 17, wo Einlaß und Auslaß zu bzw. aus der Kammer 17 allein durch das Rohr 13

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möglich sind. Die Kammer 17 wirkt deshalb als Expansionskammer und sorgt durch Ausdehnung und Zusammenziehung für eine zusätzliche Schalldämpfung. Außerdem wirkt sich die das Auslassende des Auspuffrohres 13 umgebende Kammer 17 insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen steigernd auf die Motorleistung aus.

Patentansprüche

- Io -

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Claims (8)

- Io - Patentansprüche:

1.j Auspuff-Schalldämpfer für Zweitakt-Motore, gekennzeichnet durch

a) ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse (lo) mit einer axialen Öffnung auf der einen und einer Auslaßöffnung (27) auf der anderen Seite;

b) ein Auspuffrohr (13) mit gegenüberliegend angeordneter Einlaß- und Auslaßöffnung;

c) Hilfsmittel zur Befestigung des Auspuffrohres (13) in der Gehäuselängsachse, wobei seine Einlaßseite zwecks Anschluß an den Auspuffkanal eines Motors über die axiale Öffnung hinausragt;

d) Hilfsmittel zur Bildung einer geschlossenen Regelkammer (15), die innerhalb des Gehäuses (lo) angeordnet ist und das Auspuffrohr (13) auf der Einlaßseite zumindest teilweise umgibt;

e) eine zur Regelkammer (15) führende, in dem Auspuffrohr (13) in axialer und radialer Richtung sich erstreckende einzelne Öffnung (23);

f) eine trichterförmige, innerhalb der Regelkammer (15) auf dem Auspuffrohr (13) befindliche und die einzelne Öffnung (23) abdeckende Haube, durch welche der Austritt von Druckwellen aus der Regelkammer in Strömungsrichtung verhindert und gleichzeitig die in der Regelkammer entwickelte Energie dem Motor zwecks Leistungssteigerung zugeführt wird; und

g) in dem Gehäuse in Strömungsrichtung hinter der Regel-

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kammer (15) angeordnete Schalldämpfungsmittel.

2. Auspuff-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Auslaßseite des Auspuffrohres (13) offen ist und in eine zweite in dem Gehäuse (lo) befindliche Regelkammer (17) mündet, und wobei ein Auspuffgas-Strömungsweg zur Gehäuseauslaßöffnung (27) hin durch Hilfsmittel vorgesehen wird, zu denen u.a. Löcher (25) in der Rohrwandung zwischen den Rohrenden gehören.

3. Auspuff-Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Gehäuse (lo) eine Resonanzkammer (16) angeordnet ist, welche das Rohr (13) zwischen den Regelkammern (15, 17) zumindest teilweise umgibt und zu welcher die Löcher (25) in der Rohrwandung führen.

4. Auspuff-Schalldämpfer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Abgassammeikammer (18) auf der anderen Seite des Gehäuses (lo) auf der der Resonanzkammer (16) abgewandten Seite der Regelkammer (17), wobei die Auslaßöffnung von der Gassammeikammer (18) aus abführt und die Resonanzkammer (16) durch eine Reihe von Rohren (26) abgasführend mit der Gassammeikammer verbunden ist.

5. Auspuff-Schalldämpfer für Zweitakt-Motore, gekennzeichnet durch

a) ein Gehäuse;

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b) ein Rohr;

c) Hilfsmittel zur Befestigung des Rohres in dem Gehäuse zwecks Anschluß an die Auspufföffnung eines Motors;

d) Hilfsmittel zur Bildung einer in dem Gehäuse und an dem Rohr befindlichen Kammer;

e) eine in dem Rohr axial verlaufenden und zur Kammer führende öffnung zwecks Einleitung der Auspuffschallwellen in diese Kammer; und

f) eine auf der Oberstromkante der in der Kammer und in dem Rohr befindlichen öffnung befestigte und in Strömungsrichtung sich trichterförmig zumindest teilweise über diese öffnung erstreckende Abdeckhaube, durch welche der Austritt reflektierter Schallwellen aus der Kammer von dem Motor weg im wesentlichen verhindert und gleichzeitig die in dieser Kammer entwickelte Schallwellenenergie zwecks Leistungssteigerung dem Motor zugeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse auf der Rohrauslaßseite eine zweite Kammer angeordnet ist, durch welche die Schallwellen so reflektiert werden, daß die Motorleistung bei niedrigen Motordrehzahlen erhöht wird.

7. Auspuffeinrichtung für Zweitakt-Motoren, gekennzeichnet durch

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a) ein Auspuffrohr mit einer zum Anschluß an den Auspuffkanal eines Motors bestimmten Einlaßseite, einer Auslaßseite und einer zwischen Ein- und Auslaßseite in der Rohrwand angeordneten und sich in Axialrichtung erstreckenden öffnung;

b) Hilfsmittel im Gehäuse zur Bildung einer mit dieser öffnung in Verbindung stehenden Regelkammer;

c) eine in der Regelkammer und über dieser öffnung angebrachte trichterförmige Abdeckhaube als Megaphon oder Schalltrichter zwecks Steigerung der Motorleistung.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der Querschnitt der besagten öffnung ungefähr 7o% des Querschnitts des Auspuffrohres beträgt.

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