AT399914B - Auspuffanlage für zweitakt-brennkraftmaschinen mit einem auspuffrohr - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Auspuffanlage für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit einem Auspuffrohr, an dessen einen konstanten Querschnitt aufweisenden Anfangsbereich über ein Anschiußstück und Rohrstränge zumindest zwei konische Bereiche anschließen, die durch parallel .geschaltete Diffusoren gebildet sind, die in einen gemeinsamen Sammelbehälter, an welchem das Abgas-Endrohr angeschlossen s ist, münden.

Bei bekannten Ausführungen wird ein Rohr mit anfänglich konstantem Querschnittsverlauf vom Auspuff-schiitz weggeführt und zur Erzeugung einer rücklaufenden Saugwelle schließt daran ein Diffusor an, der, nach einem kurzen Übergangsstück, in einen Gegenkonus oder eine Blende mündet. In dieser Querschnittsverengung wird eine zum Zylinder laufende Druckwelle erzeugt, welche den Zylinderraum mit 70 Frischluft versorgt, die während der Spülphase vom Einlaßschlitz durch den Zylinderraum in den Auspuff gelangt ist.

Bei solchen Motoren mit hohen Nennleistungen ist die Fahrbarkeit meist auf ein sehr enges Drehzahlband beschränkt - die Motoren verlieren im unteren Drehzahlbereich sehr an Leistung. Der Grund dafür liegt in den gasdynamischen Vorgängen in der Auspuffanlage, welche in der Spülphase den Ladungswech-15 sei, und damit die Motorleistung, stark beeinflussen.

Nach Öffnen des Auslaßschlitzes läuft eine starke Druckwelle in den Auspuff. Beim Durchlaufen des Diffusors wird eine rücklaufende Weile erzeugt, welche zu dem noch offenen Auslaßschlitz zum Zylinder gelangt und den Druck im Zylinder senkt. Andererseits wird die durch den Diffusor laufende Druckwelle nach dem Erreichen des Gegenkonus, oder der Blende, als Druckwelle zurückgeworfen und erreicht den 20 Zylinderraum zeitversetzt (später aufgrund der längeren Strecke) gegenüber der Saugwelle. Es kommt zu einer auspuffseitigen Nachladung des Zylinders.

Aus der US-PS 4 424 882 ist eine Anordnung für eine Auspuffanläge der eingangs genannten Art bekannt. Durch diese Anordnung werden Auspuffschalldämpfer beschrieben, bei denen das vom Motor kommende Abgas in ein großes Volumen und von dort weiter durch mindestens zwei gleich lange 25 nebeneinander angeordnete Düsen- bzw. Diffusorfönmige Rohre in eine zweite Kammer strömt. Diese Systeme zielen auf eine Auslöschung der gasdynamischen Aktivität ab, wodurch diese zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik nicht genützt werden kann.

Aus dem russischen Abstract SU-706 551 ist ein ähnlicher Auspuffschalldämpfer bekannt, bei dem das vom Motor kommende Abgas in eine verhältnismäßig große Kammer und von dort über in eine Zwischen-30 wand eingesetzte Diffusoren in eine weitere Kammer strömt. Auch diese bekannte Anordnung sorgt lediglich für eine Auslöschung der gasdynamischen Aktivität.

Aus der US-PS 4 359 865 ist eine Auspuffanlage für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine für ein Motorrad bekannt, mit welcher die erforderliche Anzahl der Auspuffschalldämpfer klein gehalten werden kann. Eine Verbesserung der Drehmomentcharakteristik durch Nutzung der gasdynamischen Aktivität ist 35 auch hier nicht erreichbar.

Ferner ist es aus der FR-A 2 534 969 bekannt, zwei unterschiedliche Auspuffsysteme für verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine vorzusehen, wobei diese beiden Auspuffsysteme alternativ ansteuerbar sind. Das Abgas durchströmt dabei in jeder der beiden Stellungen des Steuerorganes einen aus einem Konus und einen daran anschließenden Gegenkonus bestehenden Abgasstrang, wodurch, wie 40 eingangs bereits beschrieben, eine rücklaufende Saugwelle erzeugt wird. Die Nutzung der rückiaufenden Saugwelie zur auspuffseitigen Nachladung des Zylinders ist allerdings auch hier nur auf ein sehr enges Drehzahlband jedes den beiden Stellungen des Steuerganes entsprechenden Betriebszustandes der Brennkraftmaschine beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile der bekannten Auspuffanlagen zu 45 vermeiden und eine Auspuffanlage für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit beliebiger Zylinderzahl vorzuschlagen, mit der es möglich ist, die Drehmomentcharakteristik in einem breiten Drehzahlbereich deutlich zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrstränge unterschiedliche Längen aufweisen. so Dieses System bewirkt, daß eine vom Zylinder kommende Druckwelle zweimal als Saugwelle reflektiert wird und durch die unterschiedliche Lauflänge zeitversetzt den noch offenen Auspuffschlitz erreicht. Dadurch wird die Wirkungsdauer der Saugwelle im Vergleich zur eingangs beschriebenen Auspuffanlage bekannter Art verlängert.

Da die Enden beider parallel geschalteter Diffusoren über einen gemeinsamen Behälter, z.B. Rohr, 55 verbunden sind, gelangt eine Druckwelle nach dem Durchlaufen beider Diffusoren wieder zum Zylinder zurück und kann diesen ebenfalls mit abgasseitig vorgelagerter Frischluft nachladen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können für mehrzylindrige Zweitakt-Brennkraftmaschinen die Auspuffrohre aller Zylinder mit dem einzigen Anschlußstück verbunden sein, von dem die zu den zwei 2

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Diffusoren führenden zwei Rohrstränge unterschiedlicher Länge abzweigen. Durch eine richtige Längenabstimmung kann die Saugwelle aus dem ersten Diffusor dazu verwendet werden, die Reflexion des ersten Druckpulses nach dem Öffnen des Auslaßschlitzes an den anderen Zylindern zu dämpfen. Die Saugwelle aus dem zweiten Diffusor wird dann zur Erhöhung des Luftdurchsatzes verwendet.

Erfindungsgemäß können weiters Rohrverbindungsstücke zwischen den beiden Diffusoren und dem Sammelbehälter vorgesehen sein, die verschiedene Längen aufweisen. Damit ist die Möglichkeit einer Abstimmung der Auspuffanlage gemäß der Erfindung erleichtert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Sammelbehälter aus zwei Teilen bestehen, die miteinander über eine Rohrleitung vorbestimmter Länge verbunden sind und in die je einer der beiden Rohrstränge über die Diffusoren mündet. Die zeitliche Abstimmung der Saugwellen erfoigt über die Auslegung der beiden Rohrstränge; die Laufzeit der Druckwelle wird durch die Gesamtlänge beider Stränge einschließlich der Rohrleitung zwischen den beiden Teilen des Sammelbehälters bestimmt. Durch Variation des Volumens des Sammelbehälters kann weiters die Druckpulsstärke beeinflußt werden.

Im Rahmen der Erfindung kann vorteilhafter Weise der Katalysator in den Sammelbehälter integriert sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können beide Diffusoren zur Gänze im Sammelbehälter angeordnet sein, wobei der Sammelbehälter gleichzeitig die Strömungsverbindung zwischen den Austritten der Diffusoren herstellt.

Bei einem Betrieb mit Katalysator ist bekanntlich die Abgastemperatur für die Schadstoffreduktion von Bedeutung. Bei niedrigen Lasten und in der Startphase sind gerade beim Zweitaktmotor die Abgastemperaturen niedrig. Um eine weitere Abkühlung der Abgase durch den Wärmeübergang an der Auspuffoberfläche zu vermeiden, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Einströmraum der Zuleitung zum Sammelbehälter und der Abströmraum der Zuleitung aus dem Sammelbehälter zum Abgas-Endrohr räumlich zusammengefaßt sind und ein Regelorgan, vorzugsweise eine Regelklappe, in diesem Bereich vorgesehen ist, die in einer Endstellung die Einströmung der Auspuffgase in den Sammelraum über die beiden Diffusoren und in der anderen Endstellung die Zuleitung mit dem Abgas-Endrohr unter Umgehung des Sammelbehälters verbindet. Die "kalten" Abgase bei niedrigen Lasten werden so zum Eintritt in den Katalysator umgelenkt, bei hohen Lasten hingegen ist das Doppeldiffusor-System zugeschaltet, die Abgase gelangen aus dem Sammelraum zum Katalysator.

Die Steuerung der Drosselklappenstellung kann über schnell reagierende Thermostate oder elektromagnetisch über eine Kennfeldsteuerung erfolgen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 eine Auspuffanlage bekannter Art, Fig. 2 eine Auspuffanlage gemäß der Erfindung, Fig. 3 vergleichende Kennlinien zur Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Auspuffanlage, Fig. 4 bis Fig. 8 je eine weitere Ausführung gemäß der Erfindung.

Gleiche und funktionell ähnliche Teile sind zumeist mit den selben Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Auspuffanlage bekannter Art besteht aus einem Diffusor 1, welcher an das an den Auspuffschlitz des Motors anschließende Rohr 2 konstanten Querschnittes anschließt und über ein kurzes zylindrisches Übergangsstück 3 mit dem Gegenkonus 4 in Strömungsverbindung steht. Der Gegenkonus 4 mündet in das Abgas-Endrohr 5, von welchem nur ein Bruchstück dargestellt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 2 mündet das an den Auspuffschlitz 6 im Zylinder 7* des generell mit 7 bezeichneten Zweitaktmotors in einen Verteilerbehälter 8, an welchen zwei Rohrstränge L| und Li, verschiedener Länge angeschlossen sind. An den kürzeren Rohrstrang L, ist der Diffusor Dt und an den längeren Rohrstrang Ln der Diffusor D« angeschlossen. Die beiden Diffusoren Di und D« münden über verschieden lange Rohrstücke Li bzw. La in den Sammelbehälter 9, sodaß die beiden Rohrstränge Li und Lu sowohl über den Verteilerbehälter 8 als auch über den Sammelbehäler 9 in Strömungsverbindung stehen. An den Sammelbehälter 9 ist das Abgas-Endrohr 5 über den Katalysator 10 und einen kurzen Stutzen 5’ angeschlossen. In das Abgas-Endrohr 5 ist ein Schalldämpfer 11 eingesetzt. Der Kolben 12 des Zweitaktmotors 7 steuert sowohl die Einlaßöffnung 13 für das durch das Ansaugrohr 14 in den Kurbelraum 15 einströmende Luft-Kraftstoff-Gemisch als auch die Einlaßschlitze 16 im Zylinder T für die vom Kolben komprimierte Luft und den Auspuffschlitz 6.

Beim Abwärtsgang des Kolben 12 öffnet dieser zuerst den Auspuffschlitz 6. worauf der größte Teil der Abgase über die Auspuffanlage entweicht. Die Spülung des Zylinders erfolgt beim weiteren Abwärtsgang des Kolbens 12 und Öffnen der Einlaßschlitze 16, welche über Kanäle 16' mit dem Kurbelraum 15 in Verbindung stehen, sodaß die zuvor durch den Kolben 12 im Kurbelraum 15 verdichtete Luft in den Zylinder einströmt und das in diesem noch enthaltene Abgas mit möglichst wenig Luftverlust durch den Auspuffschfitz 6 in das Rohr 2 verdrängt. Die Zündkerze ist mit 17 bezeichnet. 3

Claims (8)

1. AT 399 914 B Die erfindungsgemäße Auspuffanlage kann natürlich auch bei Dieselmotoren verwendet werden, wobei anstelle der Zündkerze 17 eine Einspritzdüse angeordnet ist und durch das Ansaugrohr die Verbrennungsluft einströmt. Die Auspuffanlage gemäß der Erfindung nach Fig. 4 ist für einen Dreizylinder-Motor bestimmt; dementsprechend sind außer dem Rohr 2 noch zwei weitere Rohre 18 und 19 vorgesehen, die mit konstantem Querschnitt die Verbindung zu den einzelnen Zylindern hersteilen. Die drei Auspuffrohre 2, 18 und 19 münden in den Verteilerbehälter 8, an den wiederum die Rohrstränge Li und Ln und an diese der Diffusor Di bzw. der Diffusor Du angeschlossen sind. Die Diffusoren sind wiederum über Rohrstutzen Li bzw. La an den in diesem Falle aus zwei Teilen 9’ und 9" bestehenden Sammelbehälter angeschlossen. Die beiden Sammelbehälterteile 9' und 9” sind durch die Leitung L3 miteinander verbunden. Das Abgas-Endrohr 5 ist über den Katalysator 10 und den Rohrstutzen 5' an den Sammelbehälterteil 9' angeschlossen und führt über den Schalldämpfer 11 ins Freie. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Auspuffanlage ist aus der in Fig. 3 dargestellten Abhängigkeit des Mitteldruckes von der Drehzahl ersichtlich. Die voll gezeichnete Kurve A bezieht sich auf eine leistungsoptimierte Eindiffusoranlage, die gestrichelte Kurve B auf das maximale Drehmoment einer Eindiffusoranlage und die gestrichelte Linie C bezieht sich auf eine Doppeldrffusor-Auspuffanlage gemäß der Erfindung. Aus der Gegenüberstellung ersieht man ganz deutlich, daß die erfindungsgemäße Auspuffanlage besonders im Drehzahlbereich zwischen 3000 und 5000 U/min bedeutend überlegen ist. Die Fig. 5 stellt eine Ausführung gemäß der Erfindung dar, bei welcher sowohl die Diffusoren Di und Du als auch die Rohrstutzen L| und Ln in den Sammelbehälter 9 integriert sind. Dabei ist die Längserstreckung des im Querschnitt rechteckigen Sammelbehälters 9 in Abströmungsrichtung der Abgase angeordnet. Auch der Katalysator 10 kann in den Sammelbehälter 9 integriert sein. Der Sammelbehälter 9 kann auch, je nach Zweckmäßigkeit, anders geformt sein; wichtig dabei ist aber, daß dieser Sammelbehälter auch die Strömungsverbindung zwischen den Austritten der Diffusoren herstellt Die Ausführung nach Fig. 6 unterscheidet sich von jener nach Rg. 5 lediglich dadurch, daß der Sammelbehälter 9 quer zur Hauptströmungsrichtung der Abgase angeordnet und der Katalysator 10 über einen Stutzen 5' an diesen angeschlossen ist. Bei den Ausführungen nach den Rg. 7 und 8 ist der Abströmraum 20 zum Katalysator 10 und der Bnströmraum 21 der Abgase zu den Diffusoren Di und Du benachbart angeordnet. Eine in diesem Bereich gelagerte Regelklappe 22 bewirkt in der gestrichelten Lage ein Abschalten der Diffusoren Di und Dn und Ausströmen der Abgase direkt durch den Katalysator 10, der auf diese Weise besonders bei niedrigen Leistungen möglichst rasch aufgewärmt wird. In der gestrichelten Lage der Regelklappe 22 strömen die Abgase normal über die Diffusoren Di und Du und von dort in den Sammelbehälter 9, von wo aus die Abgase über den Katalysator 10 abströmen können. Patentansprüche 1. Auspuffanlage für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit einem Auspuffrohr, an dessen einen konstanten Querschnitt aufweisenden Anfangsbereich über ein Anschlußstück und Rohrstränge zumindest zwei konische Bereiche anschließen, die durch parallel geschaltete Diffusoren (Di und Du) gebildet sind, die in einen gemeinsamen Sammelbehälter (9) münden, an welchen das Abgas-Endrohr (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstränge (Li und Lu) unterschiedliche Längen aufweisen.
2. 2. Auspuffanlage nach Anspruch 1, für mehrzylindrige Zweitakt-Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffrohre (2, 18, 19) aller Zylinder (7) mit dem einzigen Anschlußstück (8) verbunden sind, von dem die zu den zwei Diffusoren (D| und Du) führenden zwei Rohrstränge (U und Ln) unterschiedlicher Länge abzweigen (Rg. 4 bis 8).
3. 3. Auspuffaniage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rohrverbindungsstücke (Li, L2) zwischen den beiden Diffusoren (Di, Du) und dem Sammelbehälter (9) vorgesehen sind, die verschiedene Längen aufweisen (Fig. 2 und 4).
4. 4. Auspuffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (9) aus zwei Teilen (9' und 9") besteht, die miteinander über eine Rohrleitung (L3) vorbestimmter Länge verbunden sind und in die je einer der beiden Rohrstränge (U und LM) über die Diffusoren (Di und D,,) - mündet (Fig. 4). 4 AT 399 914 B
5. 5. Auspuffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (10) in den Sammelbehälter (9) integriert ist. (Hg. 5)
6. 6. Auspuffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Diffusoren (Db Du) zur Gänze im Sammelbehälter (9) angeordnet sind, wobei der Sammelbehälter (9) gleichzeitig die Strömungsverbindung zwischen den Austritten der Diffusoren (Di und Du) herstellt (Hg. 5 bis 8).
7. 7. Auspuffanlage nach Anspruch 6, mit einem Katalysator (10) im anschließenden Abgas-Endrohr (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmraum (21) der Zuleitung zum Sammelbehälter (9) und der Abströmraum (20) der Zuleitung aus dem Sammelbehälter zum Abgas-Endrohr (5) räumlich zusammengefaßt sind und ein Regelorgan, vorzugsweise eine Regelklappe (22), in diesem Bereich vorgesehen ist, die in einer Endstellung die Einströmung der Auspuffgase in den Sammelbehälter (9) über die beiden Diffusoren (Di und Du) und in der anderen Endstellung die Zuleitung mit dem Abgas-Endrohr (5) unter Umgehung des Sammelbehälters (9) verbindet (Fig. 7,
8. 8) Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 5