DE3712495A1 - Schalldaempfer fuer die abgase von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für die Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Einzylinder-Viertaktbrennkraftma­ schinen, beispielsweise für Motorräder, mit einem Gehäuse, einem mit der Brennkraftmaschine verbundenen Abgaseintrittsrohr und einem ins Freie mündenden Abgasaustrittsrohr, wobei im Gehäuse mehrere, beispielsweise drei, in Strömungsrichtung der Abgase hintereinander angeordnete Reso­ natorkammern vorgesehen sind, die durch Überströmrohre miteinander ver­ bunden sind, welche, die Resonatorkammern begrenzende Trennwände durch­ setzend, in die Resonatorkammern hineinragen.

Bekannte Schalldämpfer für Einzylinderbrennkraftmaschinen, die für geländegängige Motorräder, sogenannte Enduro-Motorräder mit einem Hub­ raum von 500 bis 600 cm³ Verwendung finden, bestehen, wenn mit ihnen die gesetzlich vorgeschriebenen Geräuschpegelwerte erreicht werden sollen, aus einer Kombination aus einem Absorptions- und Reflexionsdämpfer und weisen große Abmessungen und ein hohes Gewicht auf. Das im Absorptions­ dämpfer enthaltene schallabsorbierende Material ist bei den im Schall­ dämpfer auftretenden extrem hohen Temperaturen von ca. 700°C nicht be­ ständig, so daß sich nach einer gewissen Betriebsdauer der Geräuschpegel erhöht.

Es sind weiters Schalldämpfer für die Abgase von Brennkraftmaschi­ nen bekannt, bei welchen in einem Gehäuse mehrere in Strömungsrichtung der Abgase hintereinander angeordnete Resonatorkammern angeordnet sind, die durch Überströmrohre miteinander verbunden sind, welche die Resona­ torkammern begrenzende Trennwände durchsetzen und in die Resonatorkam­ mern hineinragen, wobei die in Strömungsrichtung der Abgase gesehen er­ ste Resonatorkammer mit einem Abgaseintrittsrohr und die in Strömungs­ richtung gesehen letzte Resonatorkammer mit einem ins Freie mündenden Abgasaustrittsrohr in Verbindung steht (DE-PS 9 17 038). Auch mit diesen bekannten Schalldämpfern läßt sich, wenn Abmessungen und Gewicht in ge­ wünschter Weise kleingehalten werden sollen, eine hinreichende Geräusch­ dämpfung nicht erzielen.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Schalldämpfer, insbesondere zur Verwendung für Einzylinder-Viertakt­ brennkraftmaschinen für Motorräder, zu schaffen, der kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht aufweist und trotzdem eine optimale Schall­ dämpfung gewährleistet, so daß die gesetzlich vorgeschriebenen Werte ein­ gehalten werden. Der erfindungsgemäße Schalldämpfer soll weiters keine Verringerung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine bewirken, geringe Herstellungskosten aufweisen und ohne Schwierigkeiten für verschiedene Modelle von Motorrädern, insbesondere Enduro-Motorrädern, mit Einzylin­ der-Viertaktbrennkraftmaschinen verwendet werden können. Zur Lösung die­ ser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß in die in Strömungsrichtung der Abgase erste Resonatorkammer mehrere, beispielsweise drei, Einlaß­ rohre münden, die mit dem Abgaseintrittsrohr in Verbindung stehen, daß benachbarte Resonatorkammern durch mehrere, beispielsweise drei, Über­ strömrohre in Verbindung stehen, und daß die in Strömungsrichtung der Abgase letzte Resonatorkammer mit dem Abgasaustrittsrohr und mit wenig­ stens einer Gegenstromkammer in Verbindung steht.

Durch Kombination dieser Merkmale wird ein Schalldämpfer geschaf­ fen, der lediglich als Reflexionsschalldämpfer ausgebildet ist, bei wel­ chem also kein schallabsorbierendes Material, dessen Eigenschaften sich während der Betriebsdauer ändern, Verwendung findet, wobei trotzdem bei entsprechender Abstimmung der Bestandteile des Schalldämpfers die ge­ setzlichen Vorschriften hinsichtlich der Geräuschdämpfung eingehalten werden. Weiters sind die Abmessungen des erfindungsgemäßen Schall­ dämpfers gegenüber den bekannten Schalldämpfern wesentlich, um etwa 30 bis 50%, verringert und das Gewicht gleichfalls wesentlich, um etwa 40 bis 60%, reduziert und es wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers wesentlich vereinfacht, wodurch sich die Herstellungsko­ sten reduzieren. Außerdem wird beim erfindungsgemäßen Schalldämpfer in­ folge des niedrigen Abgasgegendruckes die im Schalldämpfer herrschende Abgastemperatur verringert, wodurch sich die Lebensdauer der Brennkraft­ maschine erhöht. Ein besonderer Vorteil ist es weiters, daß der erfin­ dungsgemäße Schalldämpfer für die verschiedensten Modelle von Motorrä­ dern mit Einzylinder-Viertaktbrennkraftmaschinen in der Hubraumklasse von etwa 500 bis 600 cm³ verwendet werden kann.

Wie bereits erwähnt, lassen sich die erzielten Vorteile zum Teil auf die Abstimmung der Bestandteile des erfindungsgemäßen Schalldämpfers relativ zueinander erzielen. Optimale Werte ergeben sich u.a. dann, wenn erfindungsgemäß die Gesamtquerschnittsfläche aller Einlaßrohre sich zur Querschnittsfläche des Abgaseintrittsrohres verhält wie 0,7 bis 1:1, vorzugsweise wie 0,9:1. Unter dem Betriff "Querschnittsfläche" wird hie­ bei und im folgenden jene Fläche verstanden, welche für das Durchströmen der Abgase maßgebend ist. Durch diese Dimensionierung wird die Schall­ entwicklung gering gehalten und es erfolgt keine Erhöhung des Abgasge­ gendruckes, welche sich auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ne­ gativ auswirken würde.

Aus demselben Grund sollen erfindungsgemäß alle Resonatorkammern etwa das gleiche Volumen aufweisen, wobei zweckmäßig das Gesamtvolumen aller Resonatorkammern und Gegenstromkammern zumindest gleich ist dem Hubvolumen der Brennkraftmaschine.

Weiters ist es zur Erzielung des angestrebten Effektes von Vorteil, wenn die Gesamtquerschnittsfläche der austrittsseitig in eine Resonator­ kammer mündenden Überströmrohre sich zur Gesamtquerschnittsfläche der eintrittsseitig in diese Resonatorkammer mündenden Einlaßrohre bzw. Überströmrohre verhält wie 0,7 bis 1:1, vorzugsweise wie 0,9:1.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ein­ laßrohre in einem kegelstumpfförmig ausgebildeten Diffusor angeordnet, dessen Ende kleineren Durchmessers an das Abgaseintrittsrohr angeschlos­ sen ist und dessen Endbereich größeren Durchmessers durch eine von den Einlaßrohren durchsetzte Trennwand von der ersten Resonatorkammer ge­ trennt ist. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die durchschnittliche Länge der Einlaßrohre sich zur mittleren Länge des kegelstumpfförmig ausgebil­ deten Diffusors verhält wie 0,7 bis 0,9:1. Bei einer solchen Ausbildung wirken die Einlaßrohre wie ein einfacher Pfeifendämpfer bzw. Helmholtz­ resonator, wobei das Reflexionsvolumen des Diffusors eine Gegenströmung bewirkt. Beides beeinflußt die Schalldämpfung positiv.

Zweckmäßig sind die von gegenüberliegenden Trennwänden einer Reso­ natorkammer in diese hineinragenden Überströmrohre seitlich gegeneinan­ der versetzt angeordnet und überlappen einander, vorzugsweise um einen Betrag von etwa 10% der Länge der Resonatorkammer. Durch diese Ausbil­ dung wird das Volumen der Resonatorkammer voll zur Schalldämpfung ge­ nützt, wobei die Überlappung in einem bestimmten Ausmaß auch keine Ver­ ringerung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine bewirkt. Um eine op­ timale Schalldämpfung ohne Verringerung dieses Wirkungsgrades zu erzie­ len, ist eine Feinabstimmung der Überlappung in Abhängigkeit vom Hubvo­ lumen der jeweiligen Brennkraftmaschine zweckmäßig.

Eine optimale Schalldämpfung ergibt sich weiters dann, wenn erfin­ dungsgemäß zumindest einige der Resonatorkammern die gleiche Länge auf­ weisen, und wenn sich die Länge der diese Resonatorkammern verbindenden Überströmrohre zur Länge dieser Resonatorkammern verhält wie 0,8 bis 1,2:1. In diesem Fall wirken die Überströmrohre in den Resonatorkammern wie Pfeifendämpfer bzw. Helmholtzresonatoren und gewährleisten eine sehr gute Schalldämpfung.

Eine wesentliche Verbesserung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ergibt sich dann, wenn die in Strömungsrichtung der Abgase letzte Reso­ natorkammer durch eine mit Öffnungen versehene Trennwand von einer Ge­ genstromkammer getrennt ist, wobei zweckmäßig die Querschnittsfläche der Öffnungen sich zur Gesamtquerschnittsfläche der in die letzte Resonator­ kammer hineinragenden Überströmrohre verhält wie 1:0,6 bis 0,8. Dadurch wird der als Gegenstromkammer vorgesehene Raum zur Schalldämpfung opti­ mal genützt.

Eine zusätzliche Schalldämpfung ergibt sich dadurch, daß das Abgas­ austrittsrohr, vorzugsweise die Gegenstromkammer durchsetzend, in die letzte Resonatorkammer hineinragt und über am Rohrumfang verteilt ange­ ordnete Öffnungen mit dieser Resonatorkammer in Verbindung steht. Zweck­ mäßig verhält sich die Gesamtfläche der Öffnungen des Abgasaustritts­ rohres zur Gesamtquerschnittsfläche der in die letzte Resonatorkammer hineinragenden Überströmrohre wie 0,5 bis 0,7:1, vorzugsweise wie 0,6:1. Diese Öffnungen im Abgasaustrittsrohr erfüllen dann die Funktion einer Filterdrossel, durch welche eine Verbesserung der Geräuschdämpfung er­ folgt, insbesondere, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Querschnittsfläche des Abgasaustrittsrohres mindestens gleich groß ist wie die Gesamtfläche der Öffnungen dieses Abgasaustrittsrohres.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Abgas­ austrittsrohr in dem die Gegenstromkammer durchsetzenden Abschnitt von einem Zwischenrohr mit Abstand umgeben, das mit seinem einen, offenen Ende mit der letzten Resonatorkammer verbunden ist und an seinem anderen Ende abgeschlossen ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Abgasaus­ trittsrohr und dem Zwischenrohr eine weitere Gegenstromkammer bildet. Zweckmäßig ragt hiebei dieses Zwischenrohr in die letzte Resonatorkammer hinein und überlappt die in diese letzte Resonatorkammer hineinragenden Überströmrohre, vorzugsweise um einen Betrag von etwa 10% der Länge der Resonatorkammer. Auch in diesem Fall wirkt das Zwischenrohr in Verbin­ dung mit den Überströmrohren wie ein Pfeifendämpfer bzw. Helmholtzreso­ nator und gewährleistet eine sehr gute Schalldämpfung.

Erfindungsgemäß kann das Gehäuse einen Doppelmantel aufweisen, wo­ durch den aus den Resonatorkammern durch Reflexion auftretenden Schwin­ gungen, die als Körperschall abgestrahlt werden, entgegengewirkt wird. Schalldämpfer, dessen Gehäuse einen Doppelmantel aufweisen, sind bereits bekannt.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei­ spieles schematisch veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer im Längsschnitt. Die Fig. 2 bis 5 stellen Querschnitte nach den Linien II-II, III-III, IV-IV und V-V in Fig. 1 dar.

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer weist einen kegelstumpfförmigen Diffusor 1 auf, dessen Ende kleineren Durchmessers über ein Krümmerrohr 2 an das mit der Brennkraftmaschine in Verbindung stehende Abgaseintritts­ rohr 3 angeschlossen ist. Das Ende größeren Durchmessers ist an einem zylindrischen Gehäuse 4 befestigt.

Im Endbereich größeren Durchmessers des Diffusors 1 befindet sich eine Trennwand 5, die von drei Einlaßrohren 6 durchsetzt ist, welche sich mit dem überwiegenden Teil ihrer Länge in Richtung zum Ende kleine­ ren Durchmessers des Diffusors 1 erstrecken. Der durch die Trennwand 5 begrenzte Teil des Diffusors 1 definiert eine Kammer 7, die zusammen mit den sich in diese Kammer 7 erstreckenden Teilen der Einlaßrohre 6 als Pfeifendämpfer bzw. Helmholtzresonator wirkt.

Die Trennwand 5 begrenzt zusammen mit einer weiteren Trennwand 8 eine erste Resonatorkammer 9, die Trennwand 8 zusammen mit einer Trenn­ wand 10 eine zweite Resonatorkammer 11 und die Trennwand 10 mit einer Trennwand 12 eine dritte Resonatorkammer 13. Die erste Resonatorkammer 9 ist mit der zweiten Resonatorkammer 11 durch drei die Trennwand 8 durch­ setzende Überströmrohre 14 verbunden, die zweite Resonatorkammer 11 mit der dritten Resonatorkammer 13 über drei die Trennwand 10 durchsetzende Überströmrohre 15. Wie auch aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind die Überströmrohre 14 gegenüber den Überströmrohren 15 in Umfangsrichtung des Gehäuses 4 versetzt angeordnet und überlappen einander in der Resonatorkammer 11 um einen Betrag von etwa 10% der Länge dieser Reso­ natorkammer.

Die Resonatorkammern 11 und 13 weisen etwa die gleiche axiale Länge auf, die Länge der diese Resonatorkammern verbindenden Überströmrohre 14, 15 ist etwa gleich groß der Länge dieser Resonatorkammern. Weiters weisen die gleich langen Resonatorkammern 11 und 13, aber auch die teil­ weise vom Endbereich des Diffusors 1 gebildete Resonatorkammer 9 im we­ sentlichen das gleiche Volumen auf. Die für den Abgasdurchtritt wirksa­ men Querschnitte der Abgaseintrittsrohre 3 und der Überströmrohre 14 und 15 sind in der eingangs beschriebenen Weise aufeinander abgestimmt.

Die dritte Resonatorkammer 13 ist mit einem Abgasaustrittsrohr 16 verbunden, das ins Freie mündet. Dieses Abgasaustrittsrohr 16 ist an seinem in die dritte Resonatorkammer 13 hineinragenden Ende stirnseitig abgeschlossen und weist am Rohrumfang verteilt angeordnete Öffnungen 17 auf, welche so bemessen sind, daß sie die Funktion einer Filterdrossel erfüllen.

Mit der dritten Resonatorkammer 13 ist weiters über in der Trenn­ wand 12 vorgesehene Öffnungen 18 eine Gegenstromkammer 19 verbunden, welche vom Abgasaustrittsrohr 16 durchsetzt wird. Dort ist das Abgasaus­ trittsrohr 16 durch ein Zwischenrohr 20 mit Abstand umgeben, welches in die dritte Resonatorkammer hineinragt und dort die Überströmrohre 15 wieder um einen Betrag von etwa 10% der Länge dieser Resonatorkammer überlappt. Der am Gehäuseende abgeschlossene Zwischenraum zwischen dem Abgasaustrittsrohr 16 und dem Zwischenrohr 20 bildet eine weitere Gegen­ stromkammer 21, die gleichfalls wie ein Pfeifendämpfer bzw. Helmholtz­ resonator wirkt und wesentlich zur Geräuschdämpfung beiträgt.

Das Gehäuse 4 besteht aus einem Doppelmantel 22, 23, um dem Körper­ schall, der aus den aus den Resonatorkammern 9, 11, 13 durch Reflexion auftretenden Schwingungen entsteht, zu begegnen.

Claims (19)

1. Schalldämpfer für die Abgase von Brennkraftmaschinen, insbe­ sondere für Einzylinder-Viertaktbrennkraftmaschinen, beispielsweise für Motorräder, mit einem Gehäuse, einem mit der Brennkraftmaschine verbun­ denen Abgaseintrittsrohr und einem ins Freie mündenden Abgasaustritts­ rohr, wobei im Gehäuse mehrere, beispielsweise drei, in Strömungsrich­ tung der Abgase hintereinander angeordnete Resonatorkammern vorgesehen sind, die durch Überströmrohre miteinander verbunden sind, welche, die Resonatorkammern begrenzende Trennwände durchsetzend, in die Resonator­ kammern hineinragen, dadurch gekennzeichnet, daß in die in Strömungs­ richtung der Abgase erste Resonatorkammer (9) mehrere, beispielsweise drei, Einlaßrohre (6) münden, die mit dem Abgaseintrittsrohr (3) in Ver­ bindung stehen, daß benachbarte Resonatorkammern (9, 11 bzw. 11, 13) durch mehrere, beispielsweise drei, Überströmrohre (14 bzw. 15) in Verbindung stehen, und daß die in Strömungsrichtung der Abgase letzte Resonatorkam­ mer (13) mit dem Abgasaustrittsrohr (16) und mit wenigstens einer Gegen­ stromkammer (19, 21) in Verbindung steht.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche aller Einlaßrohre (6) sich zur Querschnittsflä­ che des Abgaseintrittsrohres (3) verhält wie 0,7 bis 1:1, vorzugsweise 0,9:1.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Resonatorkammern (9, 11, 13) etwa das gleiche Volumen aufweisen.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen aller Resonatorkammern (9, 11, 13) und Gegenstrom­ kammern (19, 21) zumindest gleich ist dem Hubvolumen der Brennkraftma­ schine.

5. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der austrittsseitig in eine Resonatorkammer (9, 11) mündenden Überströmrohre (14, 15) sich zur Gesamt­ querschnittsfläche der eintrittsseitig in diese Resonatorkammer (9, 11) mündenden Einlaßrohre (6) bzw. Überströmrohre (14, 15) verhält wie 0,7 bis 1:1, vorzugsweise 0,9:1.

6. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlaßrohre (6) in einem kegelstumpfförmig ausgebil­ deten Diffusor (1) angeordnet sind, dessen Ende kleineren Durchmessers an das Abgaseintrittsrohr (3) angeschlossen ist und dessen Endbereich größeren Durchmessers durch eine von den Einlaßrohren (6) durchsetzte Trennwand (8) von der ersten Resonatorkammer (9) getrennt ist.

7. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durchschnittliche Länge der Einlaßrohre (6) sich zur mittleren Länge des kegelstumpfförmig ausgebildeten Diffusors (1) ver­ hält wie 0,7 bis 0,9:1.

8. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von gegenüberliegenden Trennwänden (8, 10) einer Reso­ natorkammer (11) in diese hineinragenden Überströmrohre (14, 15) seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind und einander, vorzugsweise um ei­ nen Betrag von etwa 10% der Länge der Resonatorkammer (11), überlappen.

9. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest einige der Resonatorkammern (11, 13) die gleiche Länge aufweisen und daß sich die Länge der diese Resonatorkammern verbin­ denden Überströmrohre (14, 15) zur Länge dieser Resonatorkammern verhält wie 0,8 bis 1,2:1.

10. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in Strömungsrichtung der Abgase letzte Resonatorkammer (13) durch eine mit Öffnungen (18) versehene Trennwand (12) von einer Gegenstromkammer (19) getrennt ist.

11. Schalldämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der Öffnungen (18) sich zur Gesamtquerschnitts­ fläche der in die letzte Resonatorkammer (13) hineinragenden Überström­ rohre (15) verhält wie 1:0,6 bis 0,8.

12. Schalldämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Volumen der Gegenstromkammer (19) zum Volumen der letzten Reso­ natorkammer (13) verhält wie 0,7 bis 0,9:1, vorzugsweise wie 0,8:1.

13. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abgasaustrittsrohr (16), vorzugsweise die Gegen­ stromkammer (19) durchsetzend, in die letzte Resonatorkammer (13) hineinragt und über am Rohrumfang verteilt angeordnete Öffnungen (17) mit dieser Resonatorkammer (13) in Verbindung steht.

14. Schalldämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gesamtfläche der Öffnungen (17) des Abgasaustrittsrohres (16) zur Gesamtquerschnittsfläche der in die letzte Resonatorkammer (13) hineinragenden Überströmrohre (15) verhält wie 0,5 bis 0,7:1, vorzugs­ weise wie 0,6:1.

15. Schalldämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Abgasaustrittsrohres (16) mindestens gleich groß ist wie die Gesamtfläche der Öffnungen (17) dieses Abgasaustrittsrohres (16).

16. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abgasaustrittsrohr (16) in dem die Gegenstromkam­ mer (19) durchsetzenden Abschnitt von einem Zwischenrohr (20) mit Ab­ stand umgeben ist, das mit seinem einen, offenen Ende mit der letzten Resonatorkammer (13) verbunden ist und an seinem anderen Ende abge­ schlossen ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem Abgasaustrittsrohr (16) und dem Zwischenrohr (20) eine weitere Gegenstromkammer (21) bil­ det.

17. Schalldämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenrohr (20) in die letzte Resonatorkammer (13) hineinragt und die in diese letzte Resonatorkammer hineinragenden Überströmrohre (15), vor­ zugsweise um einen Betrag von etwa 10% der Länge der Resonatorkammer (13), überlappt.

18. Schalldämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des Zwischenrohres (20) zum Durchmesser des Abgas­ austrittsrohres (16) verhält wie 1:0,6 bis 0,8.

19. Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (4) einen Doppelmantel (22, 23) aufweist.