DE10146513B4

DE10146513B4 - Schalldämpferanordnung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10146513B4
Application number: DE10146513A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Schlossarczyk Jörg; Dipl.-Ing. Dr. Janoske Uwe; Dipl.-Ing. Menzel Johannes; Dipl.-Ing. Keller Markus
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2021-09-22
Also published as: FR2830047A1; DE10146513A1; FR2830047B1; US6910550B2; US20030057016A1

Abstract

Schalldämpferanordnung für den Verbrennungsmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes, mit einem Abgasschalldämpfer (4), dessen Innenraum in einen Einlaßraum (9) und einen Auslaßraum (10) aufgeteilt ist, zwischen denen insbesondere ein Katalysator (50) zur Behandlung der Abgase vorgesehen ist, mit einem in den Einlaßraum (9) mündenden Abgaseinlaß (7), der benachbart zu einem Zylinder (2) des Verbrennungsmotors (1) mit einem Abgasstutzen (3) des Zylinders (1) verbunden ist, mit einem Abgas aus dem Auslaßraum (10) abführendem Abgasauslaß (12), und mit von einer äußeren Haube (16) und dem Gehäuse (4c) des Abgasschalldämpfers (4) begrenzten Luftkanal (15), der sich längs einer Seite (17) des Abgasschalldämpfers (4) erstreckt, wobei an einem ersten Ende (25) des gebildeten Luftkanals (15) ein aus einem Kühlluftstrom eines Kühlluftgebläses (5) abgezweigter Kühlluftteilstrom (18) eintritt, der an dem anderen, zweiten Ende (35) des Luftkanals (15) wieder austritt, und wobei der Abgasstrahl (14) über den Abgasauslaß (12) des Schalldämpfers (4) in den Luftkanal (15) austritt, wobei...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalldämpferanordnung für den Verbrennungsmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes, insbesondere eines tragbaren, handgeführten Arbeitsgerätes wie einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einem Freischneidegerät oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 79 25 614 U1 ist eine Schalldämpferanordnung bekannt, bei der der Abgasschalldämpfer einen Einlaßraum und einen Auslaßraum aufweist, aus dem das Abgas abgeführt ist. Das Schalldämpfergehäuse ist benachbart zum Zylinder des Verbrennungsmotors mit einem Abgasstutzen des Zylinders verbunden, wobei der Abgasauslaß seitlich am Schalldämpfergehäuse angeordnet ist. Im Bereich des Auslasses wird dem Abgasstrom ein abgezweigter Kühlluftteilstrom zugeführt, der sich am Auslaß mit dem Abgas vermischt und für eine Temperaturabsenkung sorgt. Nachteilig bei einer derartigen Ausgestaltung ist, daß die Zusammenführung des Kühlluftteilstroms und des den Abgasschalldämpfer verlassenen Abgasstroms erst im Bereich des Austritts aus dem Gerätegehäuse geschieht und insoweit eine signifikante Absenkung des Temperaturniveaus des Abgasstroms nahe dem Gerätegehäuse nicht erreicht werden kann.
Die DE 38 29 668 A1 zeigt einen Abgasschalldämpfer für Zweitaktmotoren, bei dem der Auslaßabschnitt des Abgasendrohrs als Düse ausgebildet ist. Der Auslaßabschnitt ist dem Eingang eines Strahlrohrs gegenüberliegend angeordnet, so daß der in das Strahlrohr einströmende Abgasstrom kühle Umgebungsluft in das Strahlrohr mitreißt. Es ist nur ein einziger Abgasauslaß vorgesehen.
Die DE 28 22 966 A1 zeigt einen Abgasschalldämpfer, der zwei in Strömungsrichtung hintereinander liegende Auslaßhutzen besitzt. Die an der in Strömungsrichtung hinten liegenden Hutze vorbeiströmende Luft ist dadurch bereits von der aus der in Strömungsrichtung vorne liegenden Auslaßhutze erwärmt.
Die DE 25 39 516 A1 zeigt ebenfalls eine Auspuffvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit mehreren in Strömungsrichtung hintereinander liegenden Auslaßhutzen, die in einen Kühlkanal einmünden.
Die DE 26 10 215 C3 zeigt eine Brennkraftmaschine für handgehaltene Arbeitsgerät mit einem Auspufftopf, dessen Auslaß als in einen Diffusor mündende Düse ausgebildet ist. Auch hier ist nur ein Auslaß aus dem Auspufftopf vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalldämpferanordnung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß im Ausblasbereich der Abgase am Gerätegehäuse eine deutliche Temperaturabsenkung erzielt ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Entscheidend bei der Zusammenführung des Kühlluftteilstroms und des Abgasstrahls ist, daß der Kühlluftteilstrom den Abgasstrahl im wesentlichen vollflächig umfassen kann, also einen den Abgasstrom umhüllenden Mantelstrom bilden kann. Dadurch wird erreicht, daß in dem den Abgasstrom umhüllenden Bereich vollflächig ein Kontakt des Kühlluftteilstroms mit dem heißen Abgasstrahl gegeben ist. Ein intensiver Wärmeaustausch ist erzielt, wobei der Kontaktbereich zwischen Abgasstrahl und Kühlluftstrom beim Transport längs des Luftkanals innig durchmischt wird.
Um am Kanalaustrittsfenster ein weitgehend gleichmäßiges Temperaturniveau einzustellen, ist vorgesehen, daß der Abgasschalldämpfer mit mehr als einem Abgasauslaß in den Luftkanal mündet. Dadurch bilden sich einzelne Abgasstrahlen aus, die von der im Luftkanal geführten Kühlluft als Mantelstrom umhüllt sind, wodurch sich auch auf kurzen Strömungsstrecken eine signifikante Absenkung des Temperaturniveaus ergibt. Um den Abgasstrahl in einer zur Kühlung geeigneten Weise in den Luftkanal einzubringen, kann ein Leitblech oder dgl. als Führungselement vorgesehen sein. Insbesondere ist am Abgasauslaß eine in den Luftkanal einragende Auslaßhutze angeordnet, deren Ausströmrichtung zweckmäßig in Strömungsrichtung des Kühlluftteilstroms etwa in Längsrichtung des Luftkanals ausgerichtet liegt. Die Auslaßhutze kann sich dabei im wesentlichen über die gesamte Höhe des Luftkanals erstrecken.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung hat das Hutzenfenster der Abgashutze eine im wesentlichen rechteckförmige Gestalt. Diese ist so gewählt, daß der hydraulische Durchmesser d des Hutzenfensters kleiner als 6,5 mm, vorzugsweise kleiner als 5 mm ist. Der hydraulische Durchmesser d bestimmt sich nach der Formel d = 4A/U, in der A die Fläche des Hutzenfensters und U der Umfang des Hutzenfensters ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der effektive Querschnitt im Bereich der Hutzenfenster möglichst groß ist, also die Wandstärke der Auslaßhutzen minimal ausgeführt ist.
Für eine gute Abgastemperaturabsenkung hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die gesamte Austrittsfläche aller in den Luftkanal mündenden Abgasauslässe bzw. Hutzenfenster im Bereich von etwa 1,3 mm² pro 1 cm³ Hubvolumen liegt, wobei die Gesamtaustrittsfläche auf ein bis sechs Hutzenfenster verteilt sein kann. Vorzugsweise sind zwei, in Einzelfällen drei Hutzenfenster ausreichend.
Dabei ist vorgesehen, den Querschnitt des Luftkanals in der Austrittsebene der Hutzenfenster mehrfach größer als die Gesamtaustrittsfläche der Hutzenfenster bzw. des Abgasauslaß in den Luftkanal auszubilden. Bevorzugt ist der Querschnitt des Luftkanals in der Austrittsebene der Hutzenfenster etwa zwei- bis sechsmal so groß wie die Gesamtaustrittsfläche aller Hutzenfenster zusammen. Dabei kann der Querschnitt des Luftkanals auch so ausgebildet sein, daß in der Austrittsebene der Hutzenfenster der Querschnitt des Luftkanals etwa das vierfache bis zwanzigfache der Austrittsfläche A eines Hutzenfensters beträgt. Zweckmäßig ist vorgesehen, den Querschnitt etwa 10- bis 15-fach größer als die Fläche eines Hutzenfensters auszubilden.
Eine gute Abgasführung über die Länge des Luftkanals bei gleichbleibend guter Ausbildung des den Abgasstrom umhüllenden Mantelstroms aus Kühlluft ist vorgesehen, den Luftkanal zu seinem Kanalaustrittsfenster hin erweitert auszubilden. Das Kanalaustrittsfenster ist dabei vorteilhaft etwa 1,5- bis 4-fach größer als das Kanaleintrittsfenster. Die Länge des Luftkanals wird derart abgestimmt, daß er größer ist als das 5-fache des hydraulischen Durchmessers, vorzugsweise etwa das 8- bis 12-fache des hydraulischen Durchmessers d beträgt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Luftkanal zwischen dem Zylinder des Verbrennungsmotors und dem Abgasschalldämpfer angeordnet und erstreckt sich quer zum Abgasstutzen von der einen Längsseite des Arbeitsgerätes zur anderen Längsseite. Der Luftkanal hat so eine erhebliche Länge. Vor Austritt aus dem Gerätegehäuse ist über die Länge des Luftkanals ein intensiver Wärmeaustausch zwischen Kühlluftstrom und Abgasstrahl möglich, wobei auch durch eine Umlenkung des Mischstroms vor Austritt aus dem Luftkanal bzw. dem Gerätegehäuse zu einer innigen Durchmischung führt, welche nahe dem Gerätegehäuse niedrige Temperaturen des austretenden Mischstroms gewährleistet.
Bevorzugt wird das Schalldämpfergehäuse mit einer Stufe ausgebildet, die dem Zylinder zugewandt liegt und zur Bildung des Luftkanals übergriffen ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht bei kleinem Bauraum eine Ausbildung des Luftkanals erheblicher Länge, wobei die Gesamtanordnung innerhalb der Kontur eines stufenlos ausgebildeten Schalldämpfergehäuses liegt. Dies ermöglicht ein Nachrüsten ausgelieferter Arbeitsgeräte mit der erfindungsgemäßen Schalldämpferanordnung.
Der Abgasauslaß aus dem Auslaßraum in den Luftkanal kann zweckmäßig in einer Seitenwand des Luftkanals vorgesehen sein oder in dessen Boden. Dabei ist die Stufe derart gestaltet, daß ausreichend Bauraum zur Anordnung eines oder mehrerer Auslässe gegeben ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlluftgebläse und einem angeordneten Schalldämpfer,
2 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Abgasschalldämpfer in einer ersten Ausführungsform,
3 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Abgasschalldämpfer in einer zweiten Ausführungsform,
4 in schematischer Darstellung die Ausbildung einer Auslaßhutze im Luftkanal,
5 in perspektivischer Explosionsdarstellung einen erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfer mit zugeordneter Haube,
6 in schematischer Explosionsdarstellung einen erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfer mit zwei in den Luftkanal einmündenden Abgasauslässen,
7 in schematischer Darstellung eine Ansicht auf den Luftkanal von der Zylinderseite gesehen,
8 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf den Luftkanal nach 7,
9 in schematischer Explosionsdarstellung einen Abgasschalldämpfer mit zwei trapezförmigen Auslaßhutzen,
10 in schematischer Darstellung eine gedrehte Perspektive der Ansicht nach 9,
11 einen Teilausschnitt eines Abgasschalldämpfers mit zwei rechteckförmigen Auslaßhutzen im Bereich des Kühllufteintritts,
12 in vergrößerter Ansicht eine Darstellung gemäß 11 mit geöffnetem Abgasauslaß,
13 eine Ansicht auf die Innenseite der den Abgasauslaß aufweisenden Halbschale des Abgasschalldämpfers,
14 eine perspektivische Darstellung auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgasschalldämpfers mit vor den Auslaßhutzen angeordnetem Funkenschutzsieb,
15 eine Darstellung eines Abgasschalldämpfers entsprechend der 14 mit einem schraubbar festzulegenden Funkenschutzsieb,
16 eine Ansicht auf die den Abgasauslaß aufweisende Gehäuseschale des Abgasschalldämpfers,
17 eine Seitenansicht auf eine Gehäusehalbschale des Abgasschalldämpfers mit erfindungsgemäßem Abgasauslaß,
18 einen Teilschnitt durch die Gehäusehalbschale nach 17,
19 eine Ansicht der Gehäusehalbschale nach 17 vom Zylinder aus gesehen,
20 eine Ansicht auf die Gehäusehalbschale und die Abgasauslässe,
21 eine Ansicht einer Halbschale des Abgasschalldämpfers mit einer in der Luftkanalseitenwand vorgesehenen Auslaßhutze,
22 eine Ansicht auf ein Hutzenfenster,
23 in vergrößerter Darstellung eine Detailansicht des Luftkanalaustrittsfensters,
24 eine schematische Draufsicht auf den Zylinder mit Abgasschalldämpfer und seitlich angeordnetem Luftkanal.
Die in den Zeichnungen in verschiedenen Ausführungsbeispielen und Ansichten gezeigte Schalldämpferanordnung ist an einem luftgekühlten Verbrennungsmotor, z. B. einem Zweitaktmotor oder einem gemischgeschmierten Viertaktmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes, insbesondere eines tragbaren, handgeführten Arbeitsgerätes wie einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einem Freischneidegerät, einem Blasgerät oder dgl. angeordnet. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Zylinder 2 auf, der über einen Abgasstutzen 3 mit einem Abgasschalldämpfer 4 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 1 ist luftgekühlt; den notwendigen Kühlluftstrom stellt ein Kühlluftgebläse 5 zur Verfügung, welches seitlich am Verbrennungsmotor 1 angeordnet und bevorzugt von dessen Kurbelwelle 6 angetrieben ist.
Der Abgasschalldämpfer 4 ist aus zwei Gehäusehalbschalen 4a, 4b zusammengesetzt, wobei die größere Gehäusehalbschale 4a einen Abgaseinlaß 7 aufweist, der benachbart zum Zylinder 2 nahe dem Verbrennungsmotor 1 am Abgasstutzen 3 befestigt ist. Der Innenraum des Abgasschalldämpfers 4 ist – z. B. durch eine Trennwand 8 – in einen Einlaßraum 9 und einen Auslaßraum 10 aufgeteilt. Vorteilhaft ist zur Behandlung der Abgase 11 im Schalldämpfergehäuse 4 ein Katalysator 50 angeordnet, der zweckmäßig in der Trennwand 8 gehalten ist und eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlaßraum 9 und dem Auslaßraum 10 herstellt. Es kann vorteilhaft sein, parallel zum Katalysator 50 einen Bypass in der Trennwand 8 vorzusehen.
Der Abgasschalldämpfer 4 weist einen Abgas aus dem Auslaßraum 10 abführenden Abgasauslaß 12 (2, 3) auf, der – wie in den 2, 3 schematisch angedeutet – den Abgasstrom 14 über Auslaßhutzen 13 in Teilströmen ableitet.
Eine Auslaßhutze 13 mündet in einem Luftkanal 15, der von dem Gehäuse 4c des Abgasschalldämpfers 4 und einer äußeren Haube 16 begrenzt ist (5, 6). Der Luftkanal 15 erstreckt sich in einem Ausführungsbeispiel längs einer dem Zylinder 2 zugewandten Seite 17 des Abgasschalldämpfers 4, wobei die Enden 25, 35 des Luftkanals 15 über die Außenkonturen des Schalldämpfergehäuses 4c seitlich überstehen. Der Luftkanal 15 liegt so etwa quer zum Abgasstutzen 3 des Zylinders 2 und füllt im wesentlichen einen Raum zwischen dem Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 und dem Abgasschalldämpfer 4 aus.
Wie in 24 schematisch dargestellt, kann der Luftkanal 15 auch seitlich neben dem Abgasschalldämpfer 4 etwa in einer Ebene mit dem Kühlluftgebläse 5 liegen. Der Luftkanal 15 erstreckt sich dabei etwa parallel zu einer Motorlängsachse 46, die etwa in Richtung der abströmenden Abgase im Abgasstutzen 3 liegt.
Das erste Ende 25 des Luftkanals 15 liegt unabhängig von seiner Lage nahe dem Kühlluftgebläse 5 und ragt in den vom Kühlluftgebläse 5 erzeugten Kühlluftstrom ein. Das Kanaleintrittsfenster 26 liegt dabei auf der dem Zylinder 2 zugewandten Längsseite des Luftkanals 15, während das am zweiten Ende 35 angeordnete Kanalaustrittsfenster 36 des Luftkanals 15 etwa in der dem Abgasschalldämpfer 4 zugewandten Längswand des Luftkanals 15 liegt. Die Fenster 26 und 36 liegen somit in unterschiedlichen Ebenen 27 und 37. Der Luftkanal 15 hat eine etwa in Längsrichtung des Abgasstutzens 3 gemessene Breite a. Über das in den Kühlluftstrom einragende erste Ende 25 des Luftkanals 15 tritt ein Kühlluftteilstrom 18 des Gebläses 5 vorzugsweise unter Druck ein und strömt in Richtung der Längsmittelachse 19 des Luftkanals 15 zum Kanalaustrittsfenster 36 am zweiten Ende 35 des Luftkanals 15. Um sowohl einen strömungsgünstigen Eintritt des Kühlluftteilstroms 18 als auch einen strömungsgünstigen Austritt zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, die Enden 25 und 35 als Bogen auszuführen.
Auf seinem Weg vom Kanaleintrittsfenster 26 zum Kanalaustrittsfenster 36 nimmt der Kühlluftteilstrom 18 das über einen Abgasauslaß 12 in den Luftkanal 15 einströmende Abgas 14 auf und strömt zusammen mit diesem als Mischstrom am Kanalaustrittsfenster 36 aus. Es kann zweckmäßig sein, am Kanalaustrittsfenster 36 Störkörper oder dgl. anzuordnen, welche aus der gerichteten Strömung eine diffuse Strömung machen.
Der Abgasstrahl 14 tritt im wesentlichen mit seitlichen Abständen b₁, b₂, b₃ und b₄ (4, 5) zu den Luftkanalwänden in den Luftkanal 15 ein und wird von dem zweckmäßig unter Druck zugeführten Kühlluftteilstrom 18 im wesentlichen umhüllt. Wie in 4 schematisch dargestellt, bildet der aus der Auslaßhutze 13 austretende Abgasstrahl 14 einen Kernstrom, und der Kühlluftteilstrom 18 einen den Kernstrom weitgehend umhüllenden Mantelstrom. Dadurch wird einerseits einer übermäßigen Aufheizung der Luftkanalwände entgegengewirkt und andererseits ein großer Kontaktbereich zwischen dem Abgasstrom und dem Kühlluftteilstrom erzielt. Dieser Kontaktbereich ist als fast geschlossene Hülle um den Kernstrom ausgebildet und ermöglicht einen großen Wärmeübergang zwischen dem Abgasstrom und dem Kühlluftteilstrom. Im Kontaktbereich vermischen sich ferner Anteile des Kühlluftteilstroms und des Abgasstroms, was ebenfalls zur Reduzierung der Austrittstemperatur des Mischstroms am Kanalaustrittsfenster 36 beiträgt.
Zur Bildung des Luftkanals 15 weist das Schalldämpfergehäuse 4c eine dem Zylinder 2 zugewandte Stufe 20 auf (5), die im wesentlichen in der am Abgasstutzen 3 festgelegten Gehäusehalbschale 4a ausgebildet ist. Die Stufe 20 liegt innerhalb der Außenkontur der äußeren Gehäusehalbschale 4b des Schalldämpfergehäuses 4c, so daß durch die Ausbildung des Luftkanals 15 und die angeordnete Haube 16 der Bauraum des Abgasschalldämpfers nicht wesentlich größer wird. Die Haube 16 übergreift die Stufe 20 und bildet Teilwände des Luftkanals 15, dessen andere Teilwände von der Stufe 20 der größeren Gehäusehalbschale 4a gebildet sind.
Nach 5 ist der Abgasauslaß 12 in einer quer zum Abgasstutzen 3 liegenden Luftkanalseitenwand 21 ausgebildet, wobei der Abgasauslaß 12 nahe dem ersten Ende 25 des Luftkanals 15 liegt.
Wie 4 zeigt, ist der Abgasauslaß 12 mit einer flachrohrförmigen Auslaßhutze 13 versehen, die sich über einen ersten Teilabschnitt 13a quer zur Längsmittelachse 19 des Luftkanals 15 in diesen erstreckt und einen zweiten, winklig zum ersten Abschnitt liegenden Auslaßabschnitt 13b zeigt. Der Auslaßabschnitt 13b zeigt ein Hutzenfenster 22, welches in einer Ebene quer zur Längsmittelachse 19 des Luftkanals 15 liegt.
Eine auf der Ebene des Hutzenfensters 22 errichtete Mittelsenkrechte 23 hat mit der Längsmittelachse 24 des ersten Abschnitts 13a der rohrförmigen Hutze 13 einen Winkel 28, der kleiner 90° ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel vorzugsweise 70°.
Es kann zweckmäßig sein, in dem Flachrohr-Abschnitt eine Mittelwand 29 vorzusehen, wodurch der Abgasstrom 14 in Teilströme aufgeteilt wird. Die Ausströmrichtung des Abgasstroms 14 aus dem Hutzenfenster 22 ist in Richtung auf die Längswand 21 gerichtet; der gleichzeitig anströmende Kühlluftteilstrom 18 lenkt den Abgasstrom 14 jedoch in Richtung der Längsmittelachse 19 ab, so daß die erfindungsgemäße Umhüllung des aus einem oder mehreren Teilströmen bestehenden Abgasstroms 14 vom Kühlluftteilstrom 18 gewährleistet ist.
Da die flachrohrförmige Auslaßhutze 13 vom Boden 30 den Abstand b₁ aufweist sowie von der Haube 16 einen Abstand b₂ und darüber hinaus zumindest das Hutzenfenster 22 von den Luftkanalseitenwänden 21 Abstände b₃, b₄ (4) zeigt, tritt der Abgasstrom 14 als Kernstrom in den einen Mantelstrom bildenden Kühlluftteilstrom 18 aus. Es kann vorteilhaft sein, zur ergänzenden Kühlluftzufuhr in der Haube 16 Zulufthutzen 31 vorzusehen, wie in den 7 und 8 dargestellt. Aus diesen Darstellungen ist auch ersichtlich, daß das Kühllufteintrittsfenster 26 einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweist als das Austrittsfenster 36 des Luftkanals 15. Hierzu ist die Haube 16 im Bereich des aus der Kontur des Schalldämpfergehäuses 4 überstehenden Endes 35 nach unten verlängert, so daß – wie 7 zeigt – ein in der Seitenansicht vergrößerter Kopf entsteht. Zweckmäßig ist unter einem Winkel 32 von etwa 45° im zweiten Ende 35 des Luftkanals 15 vor dem Kanalaustrittsfenster 36 ein Funkenschutzsieb 33 vorgesehen, welches Funkenflug verhindert.
In Weiterbildung der Erfindung kann – wie z. B. 6 zeigt – der Auslaßraum über mehr als einen Abgasauslaß in den Luftkanal 15 münden. In 6 sind zwei Abgasauslässe vorgesehen, an die jeweils in den Luftkanal 15 einragende Auslaßhutzen 13a und 13b anschließen. Dabei ist die Auslaßhutze 13a mit ihrem Endabschnitt etwa in Längsrichtung des Luftkanals 15 ausgerichtet, während die Auslaßhutze 13b etwa quer unter einem Winkel von etwa 45° in den Luftkanal 15 einragt. Der aus den Auslaßhutzen 13a und 13b austretende Abgasteilstrom wird von dem durch den Luftkanal 15 strömenden Kühlluftteilstrom mitgenommen und derart geführt, daß der Kühlluftteilstrom jeweils Mantelströme für die beiden aus den Auslaßhutzen 13a und 13b austretenden Abgasteilströme bildet. Dabei kann es zweckmäßig sein, daß die aus den Abgashutzen 13a und 13b austretenden Abgasstrahlen 14a, 14b einander im Raum kreuzen, wobei die Abgashutzen 13a und 13b vorteilhaft auf unterschiedlichen Ebenen in den Luftkanal 15 münden, also sich die Abgasstrahlen 14a und 14b gegenseitig nicht stören.
Das Ausführungsbeispiel nach den 9 und 10 entspricht dem Grundaufbau nach den 5 und 6, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. In Abweichung ist der Abgasauslaß nunmehr im Boden 30 des Luftkanals 15 vorgesehen, wobei die Auslaßhutzen 13a und 13b trapezförmige Gebilde sind, die etwa in Längsrichtung des Luftkanals 15 ausgerichtet liegen. Das jeweilige Hutzenfenster 22 liegt dabei dem ersten Ende 25 des Luftkanals 15 abgewandt, so daß der Kühlluftstrom zunächst die Hutzen 13a und 13b umströmt und auf der Höhe der Hutzenfenster 22 den austretenden Abgasteilstrom umhüllend aufnimmt.
Im Ausführungsbeispiel nach den 11 bis 13 mündet ein an den Auslaßraum 10 angeschlossener Auslaßkanal 34 (13) in den Luftkanal 15 und ist an seinem Ende 38 abgeschrägt und durch ein Funkenschutzgitter 33 abgedeckt. Das Ende 38 und das Funkenschutzgitter 33 werden von einer Verschlußhaube 39 (11) übergriffen, welche zugleich den Boden 30 des Luftkanals im Bereich des ersten Endes 25 des Luftkanals 15 bildet. Die Verschlußhaube weist zwei Abgasauslässe 12 auf, denen Auslaßhutzen 13a und 13b zugeordnet sind. Die Auslaßhutzen sind als im Schnitt U-förmige Schächte ausgebildet, die sich im wesentlichen über die gesamte Kanalhöhe vom Boden 30 bis zur Haube 16 erstrecken. Die dem zweiten Ende 35 zugewandten Hutzenfenster 22 haben im wesentlichen Rechteckform. Die Auslaßhutzen 13a und 13b liegen auf einer Höhe mit Abstand b₅ nebeneinander, wobei sie gleichzeitig einen Abstand b₃, b₄ zu den Luftkanalseitenwänden 21 zeigen. Die Abstände b₃, b₄, b₅ sind vorzugsweise gleich.
An den einander benachbarten Hochkanten der Hutzenfenster 22 ist jeweils ein Leitblech 40 vorgesehen, welche sich ebenfalls vom Boden 30 bis zur Haube 16 erstrecken. Die Leitbleche 40 sind leicht in das Hutzenfenster 22 angestellt und gewährleisten, daß die aus den Hutzenfenstern 22 austretenden Abgasteilströme voneinander getrennt bleiben, so daß der zwischen den Auslaßhutzen 13a und 13b eintretende Anteil von Kühlluft über die Strecke des Luftkanals die Trennung der Abgasströme aufrechterhalten kann. Jeder einzelne Abgasstrom ist somit von dem kühlenden Kühlluftteilstrom umgeben, so daß ein guter Wärmeaustausch über die Strecke des Luftkanals 15 erzielt werden und damit die Temperatur am Luftkanalaustrittsfenster 36 abgesenkt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel nach den 14 bis 16 tritt der Auslaßkanal 34 nicht durch die Wand 21 der Stufe 20 des Abgasschalldämpfers in den Luftkanal 15 ein, sondern wird unterhalb des Bodens 30 geführt (16). Eine auf den Boden aufgesetzte Verschlußhaube 39 trägt die Auslaßhutzen 13a und 13b, die etwa auf einer Höhe nebeneinander mit seitlichem Abstand b₅ zueinander liegen und Abstände b₃, b₄ zu den Seitenwänden 21 des Luftkanals 15 aufweisen. Die Hutzenfenster 22 weisen – wie im Ausführungsbeispiel nach den 11 und 12 beschrieben – Leitbleche 40 zur Führung und weiträumigen Trennung der Abgasteilströme auf. Im Ausführungsbeispiel nach 14 ist in einen Schlitz der Verschlußhaube 39 ein L-förmig geformtes Funkenschutzgitter 33 eingeschoben, welches somit zwischen dem Abgasauslaß und den Hutzen 13a und 13b liegt. Der andere Schenkel des L-förmigen Funkenschutzgitters 33 wird zwischen der Stirnwand der Gehäusehalbschale 4a und dem Abgasstutzen 3 des Verbrennungsmotors 1 festgelegt, womit das Funkenschutzsieb 33 fixiert ist.
Im Ausführungsbeispiel nach 15 ist das Funkenschutzsieb 33 ebenfalls als Einschub in die Verschlußhaube 39 eingeschoben, so daß es zwischen dem Abgasauslaß und den Auslaßhutzen 13a und 13b liegt. Eine Fahne 33a des Funkenschutzsiebes 33 ist mittels einer Befestigungsschraube am Gehäuse des Abgasschalldämpfers festgelegt.
Im Ausführungsbeispiel nach den 17 bis 20 ist der Einlaßraum 9 von einem Abgas abführenden Auslaßrohr 41 (vgl. auch 3) durchragt. Von dem Auslaßrohr 41 führen zwei rohrförmige Auslaßhutzen 13a, 13b durch den Boden 30 des Luftkanals 15 in den Luftkanal, wobei – wie 19 zeigt – die Enden der rohrförmigen Auslaßhutzen ovalisiert sind und etwa rechteckig-ovale Hutzenfenster 22 zeigen. Wie aus den 19 und 20 hervorgeht, liegen die Unterkanten der Hutzenfenster 22 oberhalb des Bodens 30, so daß der Kühlluftstrom das Hutzenfenster 22 im wesentlichen vollständig umströmen kann. Auch zur Haube 16 kann – wie 20 strichliert zeigt – ein Abstand vorgesehen sein.
In 21 ist die Gehäusehalbschale 4a des Abgasschalldämpfers mit dem Abgaseinlaß 7 gezeigt. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
Zur Bildung der Auslaßhutze 13 ist ein Blechformteil verwendet, welches einteilig ausgeführt ist und an der Faltlinie 44 zur Bildung der Auslaßhutzen 13a und 13b um 180° umgebogen wird. Jede Auslaßhutze 13a und 13b besteht so aus einem Oberteil und einem Unterteil, welche durch Umbiegen die Faltlinie 44 ineinander zur Anlage gebracht werden. Dabei bildet sich gleichzeitig ein Abgaskanal in der Auslaßhutze 13 aus, welcher in die Gehäuseseitenwand 21 der Stufe 20 des Abgasschalldämpfers eingesteckt wird. Auf diese Weise ist mit einfachen Mitteln und einfachen Formteilen am Abgasauslaß eine Auslaßhutze 13 aus zwei einzelnen Hutzen 13a und 13b angeordnet, welche quer zum Luftkanal 15 nebeneinander liegen und jeweils einen Abgasteilstrom 14a und 14b in den Luftkanal 15 einleiten.
Die Hutzenfenster 22 haben dabei im wesentlichen eine rechteckförmige Gestalt mit einer Breite v und einer Höhe u. Ein derartiges Hutzenfenster ist in 24 vergrößert dargestellt. Wie der 22 zu entnehmen ist, hat das Hutzenfenster 22 eine Fläche A = vu sowie einen Umfang U = 2u + 2v.
Die konstruktive Auslegung des Luftkanals und der Hutzenfenster wird vorteilhaft zur Erzielung einer signifikanten Temperaturabsenkung derart ausgelegt, daß der hydraulische Durchmesser d = 4A/U kleiner als 6,5 mm ist, vorzugsweise etwa 5 mm beträgt. Bei einem Verbrennungsmotor mit einem Hubraum von 70 cm³ wurden dabei gute Ergebnisse erzielt, wobei ohne wesentliche Änderung im hydraulischen Durchmesser auch hiervon abweichende Hubraumgrößen vorgesehen sein können.
Die Austrittsfläche des über den Hutzenkanal 45 in den Luftkanal 15 abgeführten Abgasstroms hat vorteilhaft eine Gesamtfläche, die etwa durch das Verhältnis 1,3 mm² pro 1 cm³ Hubvolumen bestimmt ist. Bei einer derartigen Auslegung wird ein für die Betriebsweise des Zweitaktmotors vorteilhafter Abgasgegendruck im Abgasschalldämpfer erzielt. Die vorgesehene Gesamtaustrittsfläche Z wird vorteilhaft in mehrere Austrittsfenster, d. h. in mehrere Hutzenfenster 22 aufgeteilt. Zweckmäßig sind ein bis sechs Hutzenfenster; im Ausführungsbeispiel sind zwei Hutzenfenster vorgesehen, mit denen eine gute Wirkung erzielt wird. Vorteilhaft können auch drei Hutzenfenster sein.
Der Querschnitt Q (2) des Luftkanals 15 in der Austrittsebene der Hutzenfenster 22 ist etwa zwei- bis sechsmal größer als die Gesamtaustrittsfläche der Summe aller Hutzenfenster 22. Bevorzugt ist der Querschnitt Q des Luftkanals 15 in der Austrittsebene der Hutzenfenster 22 etwa viermal bis zwanzigmal größer als die Austrittsfläche A eines einzelnen Hutzenfensters 22. Zweckmäßig beträgt der Querschnitt etwa das 10- bis 15-fache eines Hutzenfensters 22, wobei alle Hutzenfenster 22 bevorzugt die gleiche Fläche A haben.
Die Ausbildung des Luftkanals 15 ist so vorgesehen, daß er zu seinem Kanalaustrittsfenster 36 im Querschnitt erweitert ist. Insbesondere ist das Kanalaustrittsfenster 36 etwa 1,5- bis 4-fach größer als das Kanaleintrittsfenster 26 im Bereich des Kühlluftgebläses 5. Dabei wird die Länge des Luftkanals 15 zwischen seinem Kanaleintrittsfenster 26 und dem Kanalaustrittsfenster 36 derart gemessen, daß die Länge größer als das 5-fache des hydraulischen Durchmessers d eines Hutzenfensters 22 ist. Vorzugsweise beträgt die Länge des Kanals etwa das 8- bis 12-fache des hydraulischen Durchmessers d. Dabei wird zweckmäßig der effektive Querschnitt eines Hutzenfensters möglichst groß gewählt, d. h., daß die Wandstärke der Auslaßhutzen möglichst gering auszubilden sind.
Wie in 23 dargestellt, ist das Kanalaustrittsfenster 36 derart gestaltet, daß es unter einem Winkel zur Umgebung öffnet. Die äußere Kante 47 der den Luftkanal 15 bildenden Haube 16 liegt mit einem Abstand z zur inneren Kante 48 des Abgasschalldämpfers 4. Dadurch liegt das Funkenschutzgitter 33, welches in der Austrittsebene des Kanalaustrittsfensters 36 angeordnet ist, unter einem Winkel zur Längsachse 46 des Abgasstutzens 3. Der Winkel liegt in einem Bereich zwischen 30° und 60°.
In 24 ist eine alternative Anordnung des Luftkanals 15 schematisch dargestellt. Für gleiche Teile sind gleiche Bezugszeichen verwendet. Der Abgasschalldämpfer 4 ist am Abgasauslaß 3 des Zylinders 2 des Verbrennungsmotors 1 angeschlossen. Das Kühlluftgebläse 5 liegt seitlich neben dem Zylinder 2 und wird von der Kurbelwelle 6 angetrieben. Der Luftkanal 15 liegt etwa in der Ebene des Lüfterrades und erstreckt sich seitlich neben dem Abgasstrahldämpfer 4 vom Kühlluftgebläse 5 bis hinter die dem Zylinder 2 der abgewandten Seite des Abgasschalldämpfers 4. Das Kanalaustrittsfenster 36 führt den Abgasstrom quer zu der durch den Abgasstutzen 3 führenden Längsmittelachse 46 des Verbrennungsmotors 1 ab.

Claims

Schalldämpferanordnung für den Verbrennungsmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes, mit einem Abgasschalldämpfer (4), dessen Innenraum in einen Einlaßraum (9) und einen Auslaßraum (10) aufgeteilt ist, zwischen denen insbesondere ein Katalysator (50) zur Behandlung der Abgase vorgesehen ist, mit einem in den Einlaßraum (9) mündenden Abgaseinlaß (7), der benachbart zu einem Zylinder (2) des Verbrennungsmotors (1) mit einem Abgasstutzen (3) des Zylinders (1) verbunden ist, mit einem Abgas aus dem Auslaßraum (10) abführendem Abgasauslaß (12), und mit von einer äußeren Haube (16) und dem Gehäuse (4c) des Abgasschalldämpfers (4) begrenzten Luftkanal (15), der sich längs einer Seite (17) des Abgasschalldämpfers (4) erstreckt, wobei an einem ersten Ende (25) des gebildeten Luftkanals (15) ein aus einem Kühlluftstrom eines Kühlluftgebläses (5) abgezweigter Kühlluftteilstrom (18) eintritt, der an dem anderen, zweiten Ende (35) des Luftkanals (15) wieder austritt, und wobei der Abgasstrahl (14) über den Abgasauslaß (12) des Schalldämpfers (4) in den Luftkanal (15) austritt, wobei der Abgasschalldämpfer (4) mit mehr als einem Abgasauslaß in den Luftkanal (15) mündet, wobei an jedem Abgasauslaß (12) eine in den Luftkanal (15) einragende Auslaßhutze (13, 13a, 13b) angeordnet ist, wobei die Auslaßhutzen (13a, 13b) quer zur Längsrichtung des Luftkanals (15) auf einer Höhe mit Abstand (b₅) zueinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrahl (14) mit allseitigen Abstand (b₁, b₂, b₃, b₄) zu den Luftkanalwänden (21) geführt ist und von dem zugeführten Kühlluftteilstrom (18) umhüllt ist, derart, daß der Abgasstrahl (14) einen Kernstrom und der Kühlluftteilstrom (18) einen Mantelstrom bildet, wobei der Querschnitt des Luftkanals (15) in der Austrittsebene der Hutzenfenster (22) zwei- bis sechsmal größer als die Gesamtaustrittsfläche (Z) der Hutzenfenster (22) ist.
Schalldämpferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmrichtung aus der Auslaßhutze (13, 13a, 13b) etwa in Strömungsrichtung des Kühlluftteilstroms (18) und in Längsrichtung des Luftkanals (15) ausgerichtet liegt.
Schalldämpferanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auslaßhutze (13a, 13b) im wesentlichen über die Höhe des Luftkanals (15) erstreckt.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hutzenfenster (22) der Abgashutze (13, 13a, 13b) im wesentlichen eine rechteckförmige Gestalt hat.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Durchmesser (d) des Hutzenfensters (22) kleiner als 6,5 mm, vorzugsweise kleiner als 5 mm ist, wobei der hydraulische Durchmesser nach der Formel d = 4A / U bestimmt wird, in der A die Fläche und U der Umfang des Hutzenfensters (22) ist.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtaustrittsfläche (Z) aller in den Luftkanal (15) mündenden Abgasauslässe (12) im Verhältnis zum Hubvolumen im Bereich von 1,3 mm² / 1 cm³ liegt, und daß die Gesamtaustrittsfläche (Z) auf ein bis sechs Hutzenfenster (22), vorzugsweise zwei bis drei Hutzenfenster (22) insbesondere gleichmäßig verteilt ist.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Luftkanals (15) in der Austrittsebene der Hutzenfenster (22) etwa das 4-fache bis 20-fache der Austrittsfläche (A) eines Hutzenfensters (22) beträgt, vorzugsweise etwa das 10- bis 15-fache beträgt.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (15) zu seinem Kanalaustrittsfenster (36) erweitert ist, insbesondere das Kanalaustrittsfenster (36) etwa das 1,5- bis 4-fache des Kanaleintrittsfensters (26) aufweist.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Luftkanals (15) zwischen seinem Kanaleintrittsfenster (26) und dem Kanalaustrittsfenster (36) größer ist als das 5-fache des hydraulischen Durchmessers (d), vorzugsweise etwa das 8- bis 12-fache des hydraulischen Durchmessers (d) beträgt.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten Ränder der Hutzenfenster (22) ein Leitblech (40) tragen, wobei zwischen den Leitblechen (40) ein Eintrittsspalt für Kühlluft ausgebildet ist.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus mehreren Abgashutzen (13a, 13b) austretenden Abgasstrahlen (14a, 14b) auf unterschiedlichen Ebenen in den Luftkanal (15) eintreten und räumlich einander kreuzen.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß (12) und/oder das Hutzenfenster (22) nahe dem ersten Ende (25) des Luftkanals (15) liegt.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abgasauslaß (12) und/oder vor der Auslaßhutze (13, 13a, 13b) quer zur Strömungsrichtung der Abgase ein Funkenschutzsieb (33) angeordnet ist.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Haube (16) luftzuführende Luftansaugstutzen (31) vorgesehen sind.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (15) zwischen dem Zylinder (2) des Verbrennungsmotors (1) und dem Abgasschalldämpfer (4) etwa quer zum Abgasstutzen (3) des Zylinders (2) angeordnet ist.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Luftkanal (15) seitlich neben dem Abgasschalldämpfer (4) etwa parallel zum Abgasstutzen (3) erstreckt.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (25, 35) des Luftkanals (15) über die Kontur des Schalldämpfergehäuses (4c) überstehen.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (25) des Luftkanals (15) nahe dem Kühlluftgebläse (5) liegt und in den Kühlluftstrom einragt.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämpfergehäuse (4) eine Stufe (20) aufweist, die zur Bildung eines im Querschnitt etwa rechteckigen Luftkanals (15), von der Haube (16) übergriffen ist.
Schalldämpferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß (12) in einer Wand (21) des Abgasschalldämpfers (4) zwischen dem Kanaleintrittsfenster (26) und dem Kanalaustrittsfenster (36) angeordnet ist.