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Ansauggeräuschdämpfer für Brennkraftmaschinen
Die Erfindungbezieht sich vorzugsweise auf einen Ansauggeräuschdämpfer für Dreizylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Kmbelkammerpumpe. Übliche Ansauggeräuschdämpfer bestehen meistens aus einer Reihe von Kammern, die nacheinander vom Ansaugstrom durchflossen werden. Oft wird durch eine mehrfache Umlenkung des Ansangstromes eine Schalldämpfung erzielt, Ebenso ist es bekannt, zu diesem Zweckden nacheinander angeordneten Kammern verschiedene Grössen zu geben.
Bei einfacheren Anlagen, die meist an Motorrädern verwendet wurden, ist es bekannt, den Luftfiltereinsatz kurz vor dem Vergaser anzuordnen. Schliesslich ist es auch bekannt, Vergaser und Ansaugschlitz durch ein längeres Rohr zu verbinden, um die Schwingungen im Ansaugrohr der Hauptbetriebsdrehzahl anzupassen und damit eine gute Füllung zu erreichen. Hat bei bekannten Ansauggeräuschdämpfern Lm unteren Drehzahlbereich der Druckanstieg in der Kurbelkammer den Druck in der Ansaugleitung überschritten, so tritt oft ein Rückströmen von Gasteilchen über den Vergaser in die Ansaugleitung und bei den vom Vergaser weiter entfernten Gasteilchen ins Freie ein.
Bei diesem Vorbeiströmen am Vergaser wird aus der Düse nochmals Kraftstoff entnommen (daserste Mal beim Ansaugen) und nach der Umkehr des Gasstromes ein drittes Mal, so dass eine starke Überfettung des Gemisches und ein entsprechender Kraftstoffverbrauch eintritt.
Aufgabe der Erfindung ist ein einfacher Ansauggeräuschdämpfer, der über einen grossen Drehzahlbereich Geräusche in gleichem Masse dämpft, ebenso der einströmenden Luft einen geringen Widerstand entgegensetzt und dem Aufkommen von störenden Schwingungen entgegenwirkt. Bei guter Geräuschdämpfung soll also hohes Druckgefällevon derAussenluft zur Kurbelkammer beim Beginn des Ansaugens und höherer oder gleicher Druck im Saugrohr vor dem Schlitz als in der Kurbelkammer beim Schliessen, über den ganzen, insbesondere unteren Drehzahlbereich, vorhanden sein.
Die Erfindung geht aus von einem Ansauggeräuschdämpfer, vorzugsweise für Dreizylinder-Zweitakt- brennkraftmaschinenmit Kurbelkammerpumpe, bestehend aus Rohrsystemen, die durch Kammern verbunden sind, wobei eine der Kammern mit einem Luftfilter versehen ist.
Das Neue besteht darin, dass am vergaserseitigen Teil eines bis kurz vor den Luftfilter durchlaufenden Rohres nahe dem Vergaseranschluss eine Kammer angeschlossen und mit dieser durch eine Öffnung verbunden ist. Der Schall wird durch das lange, enge Rohr gedämpft ; für die Strömung dagegen tritt in dem Rohr eine schädliche Wirkung auf, da die Luft nur in einem kleinen Drehzahlbereich ohne das Auftreten von den Strom störenden Schwingungen im Rohr in die Brennkraftmaschine einströmen kann. Dieser : Nachteil des Rohres wird durch die Wirkung der angeschlossenen Kammer aufgehoben. Für das stossweise Ansaugen der Luft durch die Kurbelkammer, die durch den steuernden Kolben nur zirka 1/3 jeder Kurbelwellenumdrehung mit dem Rohr verbunden ist, muss der Querschnitt des Krümmers möglichst gross sein.
Das ist aber für die Schalldämpfung nacnteilig. Um nun auf den für die Schalldämpfung günstigen kleinen Querschnitt des Rohres Ilberzulelten, ist der. in den Vergaser mündende Teil des Rohres in Richtung auf den Vergaser kegelig erweitert. Vorzugsweise Ist die Kammer durch einen Rohrstutzen mit dem kegelig erweiterten Teil des Rohres verbunden. Über den Rohrstutzen werden die Unterdruckimpulse der Kurbelkammer auf den Inhalt der Kammer verzögert wirksam und dadurch zusammenwirkend mit dem Kammerinhalt in vorteilhafter Weise dem Aufkommen einer Störschwingung in dem Rohr entgegengewirkt. Weiterhin ist der Teil des bis kurz vor den Filter durchlaufenden Rohres nahe dem Vergaseranschluss von der Kammer umschlossen.
Durch diese Anordnung wird Raum gespart.
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Erfindungsgemäss ist auch das auf den Luftfilter gerichtete Ende des Rohres von einer Kammer umschlossen, die den Luftfilter aufnimmt. Neben der dadurch erzielten an sich bekannten schalldämpfenden Wirkung wirkt der Inhalt dieser Kammer einer störenden, ausgeprägten Verdichtungsschwingung des Luftzustromes im Rohr in vorteilhafter Weise durch seine Bewegung und Änderung seiner Dichte entgegen. Ein mehrmaliges Überstreichen der Düse des Vergasers im unteren Drehzahlbereich und davon abhängig ein Überfetten der Luft mit Brennstoff wird verhindert. Das Gemisch bleibt also zünd-und leistungsfähig. Infolgedessen kann die Brennkraftmaschine mit voll geöffneter Drosselklappe fast bis in die Leerlaufdrehzahl herab bei fast gleichbleibendem spezifischem Brennstoffverbrauch betrieben werden.
Wesentlich ist noch dabei, dass Verdichtungsschwingungen in der Kammer bei einer Dreizylinder-Zweitahtbrennkraftmaschine, bei der die Saugimpulse einander in Abständen von 1200 einer Kurbelwellenumdrehung folgen - nur dann ein Ansteigendes Druckgefälles von der Kammer mit dem Luftfilter zum Einlassschlitz zu den Zeiten auslösen, wenn das Schliessendes einen Einlassschlitzes seinem Ende zugeht und der folgende Einlassschlitz zu öffnen beginnt. Dadurch wird das Druckgefälle zur Kurbelkammer und die Zufuhr von Luft in die Kurbelkammer entsprechend vergrössert.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass in einer den Mittelteil des Rohres umgebenden Kammer ein Rohrstutzen von kleinerem Durchmesser als das Rohr aus diesem abgezweigt ist und Öffnungen angebracht sind.
Dadurchwird das beschriebene Druckgefälle verzögert abgebaut bzw. aufgebaut und damit eine Leistungssteigerung durch Vermeidung von Störschwingungen im mittleren Drehzahlbereich erreicht.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Teile des Rohres durch eine Muffe aus elastischem Material verbunden sind. Auf diese einfache Weise können die verhältnismässig schweren Kammern mit dem Luftfilter für sichan einem Teil des Fahrgestells z. B. dem Kühler abgestützt werden, während die Brennkraftmaschine mit dem gegen mechanische Beanspruchung empfindlichen Vergaserteil in ihrer Relativbewegung ungehindert ist und damit die Vergaserteile keiner zusätzlichen Festigkeitsbeanspruchung ausgesetzt sind. Weiterhin ist es für das Verhalten der Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich vorteilhaft, dass in die stromaufwärts des Luftfilters angeordnete Kammer über mehrere Rohre Luft angesaugt wird.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Ansauggeräuschdämpfers.
Der vergaserseitige Teil 1 des bis kurz vor den Luftfilter 2 durchlaufenden Rohres 3 ist nahe dem Ver- gaseranschluss 4 an eine Kammer 5 angeschlossen und mit dieser durch eine Öffnung 6 verbunden. Der in den Vergaser mündende Teil 1 des Rohres 3 ist in Richtung auf den nicht dargestellten Vergaser kegelig erweitert. An die Öffnung 6 schliesst sich ein Rohrstutzen 7 an. Die Kammer 5 umschliesst den Teil 1 des bis kurz vor den Filter durchlaufenden Rohres 3 nahe dem Vergaseranschluss. Das auf den Luftfilter gerichtete Ende 8 des Rohres 3 wird von einer Kammer 9 umschlossen, die auch den Luftfilter 2 aufnimmt. In einer Kammer 10, die den Mittelteil des Rohres 3 umgibt, ist ein Rohrstutzen 11 von kleinerem Durchmesser als das Rohr 3 abgezweigt. Ferner ist das Rohr 3 durch Öffnungen 12 mit der Kammer 10 verbunden.
Die Teile des Rohres 3 sind durch eine Muffe 13 aus elastischem Material verbunden. Der rechte Teil des Ansauggeräuschdämpfers mit dem Luftfilter 2 ist am nicht dargestellten Fahrgestell befestigt. In die stromaufwärts des Luftfilters 2 angeordnete Kammer 14 münden Rohre 15.
Der bei niedriger Drehzahl aufw ärtsgehende Kolben vergrössert das Volumen der Kurbelkammer, veranlasst dadurch die Gasteilchen zur Ausdehnung und erzeugt somit einen Unterdruck, der sich bei Öffnung des Einlassschlitze durch den Schlitz gedrosselt den Gasteilchen in der Ansaugleitung mitteilt. Durch das Druckgefälle zwischen Kurbelkammer und Aussenluft setzen sich die Gasteilchen in Richtung Kurbelkammer in Bewegung. Diese Bewegung wird unterstützt durch das Entladen der Kammern 5, 10, 9 und 14, die sich gegen Ende des vorangegangenen Ansaugvorganges durch den Stau der in Bewegung befindlichen Gasteilchen zu Überdruck aufgeladen hatten.
Je nach der Lage der Kammern wirkt jede Verbindung der Kammern mit dem Rohr auf einen bestimmten Abschnitt des Rohres und beschleunigt den Ansaugvorgang ; es sind also hier zwei Faktoren, die beim Ansaugen auf die Bewegung der Gassäule Einfluss nehmen :
Die in der Kurbelkammer entstehende Druckdifferenz gegenüber dem Rohr (Unterdruck) und die in den Kammern gegenüber dem Rohr entstehende Druckdifferenz (Überdruck).
Daher erfolgt das Einströmen der frischen Ladung trotz des langen Rohres ungehindert, so dass die in der Kurbelkammer befindlichen Gasteilchen durch neu hinzutretende schnell zusammengedrängt werden und somit der Druck ansteigt.
Da die in das Saugrohr rasch nachströmenden Gasteilchen allmählich gestaut werden, erfolgt ein Druckanstieg in den Kammern, die vorher so viel Gasteilchen abgegeben haben, dass darin Unterdruck entstand, und sie füllen sichwieder auf, so dass bei niedrigen Drehzahlen in ihnen Überdruck erreicht wird.
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Die Inhalte der Kammern schwingen bei niedriger Drehzahl im Takte der vom Motor ausgehenden Ansaugimpulse, u. zw. in derWelse, dass zwischen dem Öffnenund Schliessen des Einlasses eine ganze Periode des Schwingungsvorganges liegt. Mit steigender Drehzahl tritt die Trägheit der Gasteilchen mehr in Erscheinung als bei niedriger.
Die grösste Ausdehnung der Gasteilchen in den Kammern der Sauganlage erfolgt erst, wenn der Kolben den oberen Totpunkt durchlaufen hat. Auch der Zeitpunkt der grössten Annäherung der Gasteilchenverdichtung liegt näher beim Schliessen des Einlasses. Die Gasteilchen werden nun wohl durch das Druckgefälle vom Saugrohr zur Kurbelkammer stärker beschleunigt, aber die Beschleunigung nimmt nicht in dem Masse zu als die Zeit abnimmt, die fur den Einlassvorgang zur Verfügung steht, so dass die gesamte Bewegung der Gasteilchen - auf den Kurbelwinkel der Einlasszeit bezogen-verzögert oder phasenverschoben ist.
Will nun aus der Kurbelkammer Ladung in das Saugrohr zurückströmen, so wird sie durch den Überdruck in den Kammern an dieser gegenläufigen Bewegung gehindert, u. zw. reicht die Wirkung dieser Sperrbewegung von den Kammern bis zum Ansaugschlitz. An diesem Vorgang ist vor allem Kammer 9 beteilig, weil in sie das Ende des Saugrohres 3 mündet. Bei hoher Drehzahl veranlasst der aufw altsgehende Kolben die Gasteilchen ebenfalls zur Ausdehnung und bewirkt somit einen Unterdruck in der Kurbelkammer ; jedoch während bei 1000 U/min dem Einströmvorgang vom Öffnen des Einlasses bis zum Schliessen des Einlasses 0, 0207 Sekunden zur Verfügung stehen, hat er bei 4000 U/min nur 0, 00517 Sekunden Zeit.
Diese mit zunehmender Drehzahl abnehmende Zeit wirkt sich auf den gesamten Vorgang in der Ansauganlage aus, indem die Wirkungsweise der einzelnen Bauelemente eine andere wird. Beim Öffnen des Ansaugschlitzes teilt sich der Unterdruck durch den Schlitz gedrosselt auf die Gasteilchen in der Ansauglei- tung mit. Die Gasteilchen werden durch die Kammern nicht mehr beschleunigt, da sie beim vorangegangenen Vorgang nicht mehr Zeit hatten, sich zu einem Überdruck in den Kammern zu stauen. In den Kammern herrscht periodisch wechselnd Unterdruck, der sich infolge der durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit verursachten starken Drosselung nicht mehr wie im unteren Drehzahlbereich In Überdruck verändern kann.
Dem Zurückschieben der frischen Ladung in der Ansaugleitung wirkt jetzt die in Richtung Kurbelkammer wirkende kinetische Energie der einzelnen Gasteilchen entgegen, die in diesem Drehzahlbereich gross genug ist, um eine Umkehr der Strömung einzuschränken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ansauggeräuschdämpfer vorzugsweise für Dreizylinder-Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Kurbelkammerpumpe, bestehend aus Rohrsystemen, die durch Kammern verbunden sind, wobei eine der Kammern mit einem Luftfilter versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am vergaserseitigen Teil (1) eines bis kurz vor den Luftfilter (2) durchlaufenden Rohres (3) nahe dem Vergaseranschluss (4) eine Kammer (5) angeschlossen und mit dieser durch eine Öffnung (6) verbunden ist.
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Intake silencer for internal combustion engines
The invention relates preferably to an intake silencer for three-cylinder two-stroke internal combustion engines with a Kmbelkammer pump. Conventional intake silencers usually consist of a series of chambers through which the intake current flows one after the other. Sound attenuation is often achieved by deflecting the incoming flow multiple times. It is also known to give the chambers arranged one after the other different sizes for this purpose.
In simpler systems, which were mostly used on motorcycles, it is known to arrange the air filter insert just before the carburetor. Finally, it is also known to connect the carburetor and the intake slot with a longer pipe in order to adapt the vibrations in the intake pipe to the main operating speed and thus to achieve good filling. If the pressure increase in the crank chamber has exceeded the pressure in the intake line in known intake silencers Lm lower speed range, gas particles often flow back over the carburetor into the intake line and the gas particles further away from the carburetor into the open.
As it flows past the carburettor, fuel is taken out of the nozzle again (the first time when sucking in) and, after the gas flow has been reversed, a third time, so that the mixture becomes extremely rich and the fuel consumes accordingly.
The object of the invention is a simple intake noise damper which dampens noise to the same extent over a large speed range, also offers a low resistance to the inflowing air and counteracts the occurrence of disruptive vibrations. With good noise damping, there should be a high pressure gradient from the outside air to the crank chamber at the start of suction and higher or the same pressure in the suction pipe in front of the slot than in the crank chamber when it closes, over the entire, especially lower speed range.
The invention is based on an intake silencer, preferably for three-cylinder two-stroke internal combustion engines with a crank chamber pump, consisting of pipe systems that are connected by chambers, one of the chambers being provided with an air filter.
The novelty is that a chamber is connected to the carburetor-side part of a pipe that runs through to just before the air filter near the carburetor connection and is connected to this through an opening. The sound is muffled by the long, narrow pipe; for the flow, on the other hand, a harmful effect occurs in the pipe, since the air can flow into the internal combustion engine only in a small speed range without the occurrence of vibrations in the pipe which interfere with the flow. This: disadvantage of the pipe is eliminated by the effect of the connected chamber. For the intermittent suction of air through the crank chamber, which is only connected to the pipe by the controlling piston for about 1/3 of each crankshaft revolution, the cross section of the manifold must be as large as possible.
But that is disadvantageous for the sound absorption. In order to get to the small cross-section of the pipe Ilber, which is favorable for sound absorption, the. The part of the pipe opening into the carburetor widens conically in the direction of the carburetor. The chamber is preferably connected to the conically widened part of the pipe by a pipe socket. Via the pipe socket, the negative pressure impulses of the crank chamber have a delayed effect on the contents of the chamber and, as a result, interacting with the chamber contents, advantageously counteracts the occurrence of an interfering vibration in the pipe. Furthermore, the part of the pipe that runs through until shortly before the filter near the carburetor connection is enclosed by the chamber.
This arrangement saves space.
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According to the invention, the end of the pipe directed towards the air filter is also enclosed by a chamber which receives the air filter. In addition to the sound-absorbing effect achieved in this way, the contents of this chamber counteract a disruptive, pronounced compression oscillation of the air inflow in the pipe in an advantageous manner through its movement and change in its density. Repeated stroking of the nozzle of the carburetor in the lower speed range and, depending on this, an over-greasing of the air with fuel is prevented. The mixture remains ignitable and efficient. As a result, the internal combustion engine can be operated with the throttle valve fully open almost down to idle speed with an almost constant specific fuel consumption.
It is also essential that compression vibrations in the chamber in a three-cylinder two-seam internal combustion engine, in which the suction pulses follow each other at intervals of 1200 of a crankshaft revolution - only trigger an increasing pressure gradient from the chamber with the air filter to the inlet slot at the times when the end of the closing process one inlet slot approaches its end and the following inlet slot begins to open. This increases the pressure gradient to the crank chamber and the supply of air to the crank chamber accordingly.
Furthermore, it is advantageous that a pipe socket of a smaller diameter than the pipe is branched off from this in a chamber surrounding the central part of the pipe and openings are provided.
As a result, the pressure gradient described is reduced or built up with a delay and an increase in performance is achieved by avoiding interfering vibrations in the medium speed range.
Another feature of the invention is that the parts of the pipe are connected by a sleeve made of elastic material. In this simple way, the relatively heavy chambers with the air filter can be attached to a part of the chassis, e.g. B. the radiator are supported, while the internal combustion engine with the sensitive to mechanical stress carburetor part is unhindered in its relative movement and thus the carburetor parts are not exposed to any additional strength stress. Furthermore, it is advantageous for the behavior of the internal combustion engine in the lower speed range that air is sucked into the chamber arranged upstream of the air filter via a plurality of pipes.
The drawing shows an embodiment of the intake silencer.
The carburetor-side part 1 of the pipe 3 which runs through until shortly before the air filter 2 is connected to a chamber 5 near the carburetor connection 4 and is connected to it through an opening 6. The opening into the carburetor part 1 of the tube 3 is widened conically in the direction of the carburetor, not shown. A pipe socket 7 connects to the opening 6. The chamber 5 encloses the part 1 of the tube 3, which runs through until shortly before the filter, near the carburetor connection. The end 8 of the tube 3 directed towards the air filter is enclosed by a chamber 9 which also receives the air filter 2. In a chamber 10 which surrounds the central part of the pipe 3, a pipe socket 11 of a smaller diameter than the pipe 3 is branched off. Furthermore, the tube 3 is connected to the chamber 10 through openings 12.
The parts of the tube 3 are connected by a sleeve 13 made of elastic material. The right part of the intake silencer with the air filter 2 is attached to the chassis, not shown. Pipes 15 open into the chamber 14 arranged upstream of the air filter 2.
The piston, which rises up at low speed, increases the volume of the crank chamber, thereby causing the gas particles to expand and thus generating a negative pressure which, when the inlet slot is opened, is throttled and communicated to the gas particles in the intake line. Due to the pressure gradient between the crank chamber and the outside air, the gas particles start moving in the direction of the crank chamber. This movement is supported by the unloading of the chambers 5, 10, 9 and 14, which at the end of the previous suction process had become overpressure due to the accumulation of moving gas particles.
Depending on the position of the chambers, each connection between the chambers and the pipe acts on a certain section of the pipe and accelerates the suction process; So there are two factors that influence the movement of the gas column during suction:
The pressure difference arising in the crank chamber in relation to the pipe (negative pressure) and the pressure difference arising in the chambers in relation to the pipe (overpressure).
Therefore, the fresh charge flows in unhindered in spite of the long pipe, so that the gas particles in the crank chamber are quickly compressed by new ones entering and the pressure thus increases.
As the gas particles rapidly flowing into the intake manifold are gradually dammed up, the pressure in the chambers, which previously released so much gas particles that negative pressure was created, is increased and they fill up again so that overpressure is reached in them at low speeds.
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The contents of the chambers oscillate at low speed in the cycle of the intake pulses emanating from the engine, u. Between the opening and closing of the inlet there is a whole period of the oscillation process. With increasing speed the inertia of the gas particles becomes more apparent than with lower speed.
The greatest expansion of the gas particles in the chambers of the intake system only takes place when the piston has passed top dead center. The time at which gas particle compression is closest is also closer to when the inlet is closed. The gas particles are now accelerated more strongly by the pressure gradient from the intake manifold to the crank chamber, but the acceleration does not increase to the same extent as the time available for the intake process decreases, so that the entire movement of the gas particles - to the crank angle of the intake time is related-delayed or out of phase.
If charge now wants to flow back into the intake manifold from the crank chamber, it is prevented from this opposite movement by the overpressure in the chambers, u. zw. The effect of this locking movement extends from the chambers to the suction slot. Chamber 9 is primarily involved in this process because the end of suction tube 3 opens into it. At high speed, the upward piston also causes the gas particles to expand and thus creates a negative pressure in the crank chamber; however, while at 1000 rpm the inflow process from opening the inlet to closing the inlet is 0.0207 seconds available, at 4000 rpm it only has 0.0517 seconds.
This time, which decreases with increasing speed, affects the entire process in the intake system, in that the mode of action of the individual components changes. When the intake slot is opened, the negative pressure is throttled through the slot and is transmitted to the gas particles in the intake line. The gas particles are no longer accelerated by the chambers, as they did not have time to accumulate in the chambers in the previous process. In the chambers there is periodically alternating negative pressure, which, due to the strong throttling caused by the high flow velocity, can no longer change as in the lower speed range in positive pressure.
The pushing back of the fresh charge in the intake line is now counteracted by the kinetic energy of the individual gas particles acting in the direction of the crank chamber, which is large enough in this speed range to restrict a reversal of the flow.
PATENT CLAIMS:
1. Intake silencer, preferably for three-cylinder two-stroke internal combustion engines with a crank chamber pump, consisting of pipe systems which are connected by chambers, one of the chambers being provided with an air filter, characterized in that on the part (1) on the carburettor side one up to shortly before the air filter (2) A chamber (5) is connected to the continuous pipe (3) near the carburetor connection (4) and is connected to this through an opening (6).