DE2830978A1

DE2830978A1 - Schalldaempfer fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2830978A1
Application number: DE19782830978
Authority: DE
Inventors: Hans Goebler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-14
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2830978C2

Description

Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit einem länglichen Gehäuse, an dessen Mittelteil ein Abgaseinlaßrohr und an dessen einem Ende ein Auslaßrohr vorgesehen ist, wobei im Gehäuse in Strömungsrichtung Ablenkelemente vorgesehen sind.
Das aus dem Motor austretende Abgas setzt sich aus einem Gleichstromanteil und einem den Lärm verursachenden Wechselstromanteil zusammen, entsprechend im wesentlichen dem Takt und der Drehzahl des Motors. Zur Dämpfung dieser Geräusche wurde üblicherweise versucht, den Gleichstromanteil des Abgases möglichst ungehindert hindurchtreten zu lassen, jedoch den Wechselstromanteil durch Hindernisse abzubremsen und nach Möglichkeit auch abzukühlen. Man nahm nämlich allgemein an, daß durch eine Abkühlung des Abgases auch eine zusätzliche Schalldämmung erzielt wird.
Durch den Einbau von Hindernissen, wobei im allgemeinen lediglich eine Vielzahl kleiner Durchgangsöffnungen für das Abgas vorgesehen wurde, versuchte man, den Durchfluß des Abgases durch den Schalldämpfer zu reduzieren. Diese Widerstände verursachen unter anderem einen Staudruck, der je nach Motorart unterschiedlich sein kann. Bis zu einem gewissen Grade ist er bei Zweitakt-otoren erwünscht, jedoch weniger erwünscht bei Viertakt-Motoren.
Trotz einer Unzahl von Versuchen und Vorschlägen sind die bisherigen Schalldämpfer jedoch keineswegs befriedigend, so daß die Verkehrslärmbelastung ständig höher wird. Darüber hinaus wird durch die bisherigen Schalldämpfer, insbesondere durch das Abbremsen der Abgase und das Abkühlen, Energie verbraucht, was den Wirkungsgrad des Motors verringert. Das Anbringen einer Vielzahl von Ablenkelementen und Widerstandselementen erfordert außerdem ein großes Volumen.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 950 455 ist ein Schalldämpfer der eingangs genannten Art bekannt.
Bei diesem Schalldämpfer ist in einem äußeren Gehäuse ein durchgehendes Rohr vorgesehen. Im mittleren Teil des Gehäuses ist das Abgaseinlaßrohr vorgesehen, das zu einer ersten Kammer £ihr, wobei das Abgas über kleine oeffnungen seitlich in das erwähnte Rohr eintritt. Nach Durchtritt durch die erste Kammer im Rohr strömt das Gas aus dem Rohr in eine zweite Kammer aus, gelangt weiter stromabwärts durch andere oeffnungen wieder in das Rohr und schließlich nach außen. Die Öffnungen des Rohres sind als Schlitze ausgebildet.
Durch den geringen Querschnitt der Öffnungen weist dieser Schalldämpfer sämtliche vorher beschriebenen Nachteile auf. Der Wirkungsgrad dieses Schalldämpfers ist nicht allzu hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß er den Schall selbst bei verringertem Volumen besser dämpft.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zum Erreichen einer bestimmten Verweildauer der Abgase im Schalldämpfer nicht Strömungswiderstände zum Reduzieren der Geschwindigkeit und Mittel zum Abkühlen der Abgase einzusetzen, sondern lediglich verschiedene Strömungsumlenkungen herbeizuführen. Entsprechend wird erfindungsgemäß nicht eine Vielzahl kleiner Öffnungen vorgesehen, sondern eine Anzahl von Ablenkelementen mit wenigen aber verhältnismäßig großen Durchgangsöffnungen.
Dadurch wird nicht nur eine höhere Schalldämmung und ein kleineres Volumen, verbunden mit einem geringeren Gewicht, erreicht, sondern auch eine höhere Motorleistung. Die Energie, welche bei bekannten Schalldämpfern zum Abbremsen der Gase durch Widerstandselemente und zum Abkühlen derselben verwendet wurde, kommt beim erfindungsgemäßen Schalldämpfer voll der Wirkleistung des Verbrennungsmotors zugute. Durch den Wegfall der bisher verwendeten engen Durchgangsöffnungen entfällt auch das bisherige Zusetzen der Öffnungen mit abgebranntem Öl, was den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Schalldämpfer empfindlich verringern konnte.
Die Erfindung ist insbesondere für Zweitakter interessant, beispielsweise für Motorräder, wo eine verbesserte Schalldämmung, eine höhere Motorleistung und ein kleineres Volumen, verbunden mit geringerem Gewicht, sehr bedeutsam ist. Darüber hinaus ist die Erfindung für Rasenmähermotoren besonders interessant.
Die Unteransprüche erläutern verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, beispielsweise der einzelnen Räume, der einzelnen Ablenkelemente und der räumlichen Zuordnung zueinander.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und soll daran näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 einen Schalldämpfer im Längsschnitt, Figur 2 einen Teilschnitt längs der Linie II-tI von Figur 1, Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-TII von Figur 1, wobei das in Figur 2 gezeigte Ablenkelement der besseren Übersicht wegen unberücksichtigt blieb, Figur 4 einen Schnitt längs der Linie IV- IV von Figur 1, Figur 5 einen Schnitt längs der Linie V-V von Figur 1.
Der abgebildete Schalldämpfer weist ein längliches und zwar im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 auf, an dessen Mittelteil ein Abgaseinlaßrohr 12 angeordnet ist. Das Abgaseinlaßrohr 12 erstreckt sich fast bis zur gegenüberliegenden Wandung des Gehäuses 10. An seinem Ende weist das Abgaseinlaßrohr 12 eine Querwand (Prallblech) 13 auf. Das Rohr 12 ist in einer Richtung, die einem großvolumigen Raum 22 zugewandt ist, aufgeschnitten und bildet dadurch zusammen mit der Querwand 13 ein erstes Ablenkelement 16. Auf diese Weise entweicht das Abgas zunächst in den Raum 22, wo die nacheinander ausströmenden Abgase sich gegeneinander aufbauen und ein Gleichgewicht herstellen, so daß dem Motor ein ausgewogener Widerstand entgegengesetzt wird.
Der großvolumige Raum 22 ist doppelwandig, nämlich mit einer Innenwand 29 und einer Außenwand 30 ausgebildet, wobei der Zwischenraum 34 durch schall- und wärmeisolierendes Material (Mineralwolle) ausgefüllt ist. Die Innenwand 29 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform perforiert. Dadurch ist eine weitere Schalldämmung gegeben. Vom Raum 22.fließen die Abgase durch eine Öffnung 19 eines zweiten Ablenkelementes 18 hindurch.
Diese Öffnung liegt in der Mittelachse. In kurzem Abstand unterhalb des zweiten Ablenkelementes 18 - in Durchflußrichtung betrachtet - ist ein drittes Ablenkelement 24 vorgesehen. Dieses Ablenkelement 24 weist mehrere Offnungen 23 auf, welche symmetrisch um die Mittelachse angeordnet sind. Die Öffnungen 23 sind gegenüber der einen Öffnung 19 des zweiten Ablenkelementes 18 versetzt.
Durch die beiden Ablenkelemente 18 und 24 wird ein kleiner Raum gebildet. Die Abgase werden darin durch die versetzten Öffnungen 19, 23 zerteilt. Nach Durchtritt der Abgase durch die Öffnungen 23 des dritten Ablenkelementes 24 gelangen sie in einen relativ großvolumigen Zwischenraum 28. Dieser Zwischenraum besteht zwischen der Außenwand 30 des Gehäuses 10 und einem vierten Ablenkelement 20 in Form eines axialen länglichen Rohres.
Die Einlaßöffnung des rohrförmigen Ablenkelementes 20 ist gegenüber den Öffnungen 23 des dritten Ablenkelementes 24 derart versetzt, daß die Abgase zuerst den Raum 28 anfüllen, bevor sie in die Einlaßöffnung des rohrförmigen Ablenkelementes 20 eintreten.
Der Auslaßbereich des rohrförmigen Ablenkelementes 20 ist durch einen kugelförmigen Raum 26 gegenüber dem übrigen Schalldämpferbereich abgedichtet. Die aus dem Ablenkelement 20 austretenden Abgase können im Raum 26 expandieren. Im Raum 26 ist ferner die Einlaßöffnung des Auslaßrohres 14 angeordnet, welche ein fünftes Ablenkelement darstellt. Diese Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung des Ablenkelementes 20 sind derart gegeneinander versetzt, daß die Abgase vor dem Eintritt in das Auslaßrohr 14 im wesentlichen den ganzen Raum 26 durchströmen müssen. Die Achse des Auslaßrohres 14 ist im übrigen um einen kleinen Winkel gegenüber der Achse des Abgaseinlaßrohres 12 geneigt.
Das Rohr 20 sowie das Auslaßrohr 14 sind doppelwandig mit Zwischenräumen 36 bzw. 38 ausgebildet. Die Zwischenräume 36, 38 sind mit schall- und wärmedämmendem Material ausgefüllt. Die Innenwände sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform perforiert.
Besonders günstig ist es, wenn die beiden Enden des länglichen Gehäuses 10 in etwa halbkugelförmig oder ellipsoidförmig ausgebildet sind. Die beiden Ablenkelemente 18 und 24 sind vorzugsweise gegenüber dem großvolumigen Raum 22 konvex ausgebildet.
Von besonderem Interesse sind die einzelnen Volumenverhältnisse zwischen dem großvolumigen Raum 22, dem Raum zwischen den Ablenkelementen 18 und 20, dem Raum 28, dem durch das rohrförmige Ablenkelement 20 selbst gebildeten Raum, dem in etwa kugelförmigen Raum 26 und dem Raum des Auslaßrohres 14. Ein in etwa optimales Verhältnis ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei entspricht das Volumen des Rohres 20 in etwa dem Eineinhalbfachen des Volumens des Auslaßrohres 14 sowie einem Sechstel des Volumens des zu dämpfenden Motors.
Die Strömungsführung der Abgase im Schalldämpfer stellt sich im groben als ein abwechselndes Zerteilen und Zusammenführen der Abgase dar.
Der Schalldämpfer nach der Erfindung ist für alle möglichen Zwecke einsetzbar, ganz besonders eignet er sich jedoch für Zweitakt-Verbrennungsmotoren mit deren speziellen Betrieb,sverhältnissen. Bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren kommt es nämlich auf die Einhaltung eines bestimmten Staudruckes an, damit die Abgase nicht zu schnell und auch nicht zu langsam abfließen, während sich der Zylinder mit dem vorverdichteten Gas-Brennstoffgemisch neu füllt.
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Claims

Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren Ansprüche Cy Schalldämpfer für Verbrennungsmotoren mit einem länglichen Gehäuse, an dessen Mittelteil ein Abgaseinlaßrohr und an dessen einem Ende ein Auslaßrohr vorgesehen ist, wobei im Gehäuse in Strömungsrichtung Ablenkelemente mit Durchgangs öffnungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnitte (Querschnittsflächen) der Durchgangsöffnungen jedes einzelnen Ablenkelementes ( 16, 18, 24, 20, 14 ) mindestens ein Drittel des Querschnittes des Abgaseinlaßrohres ( 12 ) beträgt.
2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnitte der Durchgangsöffnungen einzelner Ablenkelemente ( 16, 18, 24, 20 ) annähernd gleich dem Querschnitt des Abgaseinlaßrohres ( 12 ) ist.
3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ablenkelement ( 16 ) gegenüber dem Abgaseinlaßrohr ( 12 ) derart angeordnet ist, daß das Abgas in einen senkrecht zum Abgaseinlaßrohr ( 12-) ausgerichteten großvolumigen Raum ( 22 ) abgelenkt wird.
4. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ablenkelement ( 18 ) an der dem großvolumigen Raum ( 22 ) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, sich über den ganzen Querschnitt des länglichen Schalldämpfergehäuses ( 10 ) erstreckt und mindestens eine Durchlaßöffnung ( 19 ) aufweist, und daß dieses Ablenkelement ( 18 ) mit einem in relativ engem Abstand unterhalb desselben angeordneten dritten Ablenkelement ( 24 ) zusammenwirkt, welches sich ebenfalls über den Gesamtquerschnitt des Gehäuses ( 10 ) erstreckt und gegenüber der mindestens einen oeffnung ( 19 ) in Durchflußrichtung räumlich versetzte oeffnungen ( 23 ) aufweist.
5. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des dritten Ablenkelementes ( 24 ) - in Durchflußrichtung gesehen - ein viertes Ablenkelement ( 20 ) in Form eines axial in Durchflußrichtung ausgerichteten Rohres vorgesehen ist, dessen Einlaßöffnung gegenüber den Austrittsöffnungen ( 23 ) des dritten Ablenkelementes ( 24 ) versetzt ist.
6. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Auslaßöffnung des Ablenkelementes ( 20 ) ein geschlossener Raum ( 26 ) vorgesehen ist, in welchen das Abgas einströmt und durch ein fünftes Ablenkelement ( 14 ) in Form des Auslaßrohres nach außen entweichen kann, wobei der Einlaß des Auslaßrohres ( 14 ) gegenüber der Auslaßöffnung des vierten Ablenkelementes ( 20 ) räumlich versetzt ist.
7. Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der großvolumige Raum ( 22 ) bis zum zweiten Ablenkelement ( 18 ) doppelwandig ausgeführt ist, wobei die Innenwand ( 29 ) perforiert ist und der Zwischenraum ( 34 ) zwischen Innenwand ( 29 ) und Außenwand ( 30 ) durch hitzebeständiges schall- und wärmedämmendes Material ausgefüllt ist.
8. Schalldämpfer nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Ablenkelement ( 20 ) in Form eines axialen Rohres sowie das Auslaßrohr ( 14 ) doppelwandig ausgeführt sind, wobei der Zwischenraum ( 36, 38 ) mit schall- und wärmedämmendem Material ausgefüllt ist und die Innenwände vorzugsweise perforiert sind.
9. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Auslaßrohres ( 14 ) gegenüber der Achse des-Abgaseinlaßrohres ( 12 ) leicht geneigt ist.
10. Schalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum ( 26 ) am Auslaßende des rohrfömigen Ablenkelementes ( 20 ) in etwa Kugelform aufweist.
11. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ablenkelement ( 18 ) und das dritte Ablenkelement ( 24 ) in Richtung des großvolumigen Raumes ( 22 ) konvex ausgebildet sind.
12. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des länglichen Gehäuses ( 10 ) halbkugelförmig ausgebildet sind.
13. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenverhältnisse der einzelnen Räume derart ausgelegt sind, daß der großvolumige Raum ( 22 ) etwa die Hälfte des gesamten Schalldämpfers einnimmt, daß der zwischen dem zweiten Ablenkelement ( 18 ) und dem dritten Ablenkelement ( 24 ) gebildete Raum sehr klein ist, daß der Zwischenraum ( 28 ) zwischen dem vierten Ablenkelement ( 20 ) und der Außenwand ( 30 ) im Verhältnis zu dem vorgenannten Raum sehr groß ist und daß der geschlossene Raum ( 26 ) am Auslaß des rohrförmigen vierten Ablenkelementes ( 20 ) im Vergleich zum Volumen des letzteren relativ groß ist.
14. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumen des rohrförmigen vierten Ablenkelementes ( 20 ) sowie des Auslaßrohres ( 14 ) jeweils mindestens ein Sechstel des Hubvolumens des zu dämpfenden Motors ausmachen.
15. Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des rohrförmigen vierten Ablenkelementes ( 20 ) mindestens das Eineinhalbfache des Volumens des Auslaßrohres ( 14 ) beträgt.