DE102004057110B4

DE102004057110B4 - Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Arbeitsgerätes

Info

Publication number: DE102004057110B4
Application number: DE102004057110A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. Huber
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2024-11-27
Also published as: CN100538038C; DE102004057110A1; US20060112683A1; DE102004057110B9; FR2878564B1; GB0523281D0; CN1782338A; FR2878564A1; GB2420512B; GB2420512A

Abstract

Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor (1) angetriebenen Arbeitsgerätes, insbesondere einer Heckenschere oder dgl., umfassend ein Abgasrohr (2) für einen Abgasstrom (3), wobei das Abgasrohr (2) mit einem Auslaßende (4) ins Freie mündet, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Innenwand (5) des Abgasrohres (2) ein den Strömungsquerschnitt verengendes, umlaufendes Kondensat-Leitelement (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen, handgeführten Arbeitsgerätes mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Handgeführte Arbeitsgeräte, wie Heckenscheren, Freischneider, Kettensägen oder dgl. werden von Verbrennungsmotoren angetrieben, die in üblichen Ausführungen mit einer Verlustschmierung versehen sind. Insbesondere bei einer Ausführung als Zweitaktmotor enthält das in den Motor eingeleitete Kraftstoff/Luft-Gemisch einen geringen Schmierölanteil, der nach seiner Durchleitung durch den Motor mit dem entstehenden Abgasstrom als feiner Nebel ins Freie geleitet wird. Neben dem genannten Ölnebel können auch Verbrennungsrückstände, Luftfeuchtigkeit oder dgl. zu einer Nebelbildung führen, die auch bei Viertaktmotoren zu beobachten ist.
Es hat sich gezeigt, daß die vorgenannten Stoffe im Abgasstrom dazu neigen, auf Innenflächen der Abgasanlage einen Kondensatfilm zu bilden. Bei bestimmten Bauformen ist zu beobachten, daß der Kondensatfilm in Richtung des Abgasstromes transportiert wird. Im Bereich des Auslaßendes vom Abgasrohr kann sich eine Kondensatansammlung bilden, die entweder am Auslaßende abtropft oder sogar auf der Außenseite des Abgasrohres in Richtung des Motors zurückläuft. Dies führt zu unangenehmen Verschmutzungen, die ein häufiges Reinigen des Arbeitsgerätes erforderlich machen.
Die JP 2000282857A offenbart ein Gasrohr einer Gasmaschine mit einer innenseitig eingeformten Wendel. Die spiralige Wendel auf der Innenwand des Rohres ist dazu vorgesehen, Kondensat zu sammeln oder radial nach außen durch eine Öffnung abzuführen. Ein solcher Austritt von Kondensat aus einer Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Arbeitsgerätes ist jedoch unerwünscht.
Die JP 09256845A offenbart ein Abgasrohr mit innenseitig spiralig umlaufenden Leitelementen, die eine spiralig umlaufende Gasströmung zur Verminderung von Pulsationen erzeugen sollen. Eine Ausbildung als Kondensatleitelement ist nicht vorgesehen.
Aus der WO 01/69051 A1 ist ein Abgasschalldämpfer eines Kraftfahrzeuges mit einem rohrförmigen Gehäuse bekannt. Das rohrförmige Gehäuse ist innenseitig mit einem Schalldämmungsmaterial ausgekleidet, dessen Innenseite durch eine gitter- oder wendelförmige Drahtkonstruktion gestützt ist. Angaben zum Auftreten einer Kondensatansammlung und deren Behandlung sind nicht gemacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß eine Verschmutzungswirkung vermieden ist.
Die Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es wird eine Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Arbeitsgerätes vorgeschlagen, bei der auf einer Innenwand des Abgasrohres ein den Strömungsquerschnitt verengendes, umlaufendes Kondensat-Leitelement angeordnet ist. Die in Umfangsrichtung umlaufende Anordnung des Kondensat-Leitelementes bewirkt, daß die Bewegung des Kondensatfilmes in Richtung des Abgasstromes behindert wird. Das Kondensat-Leitelement erstreckt sich von der Innenwand des Abgasrohres radial nach innen. Angesammeltes bzw. an den Wänden des Abgasrohres niedergeschlagenes Kondensat staut sich in diesem Bereich auf und wird radial nach innen gelenkt. Gleichzeitig bewirkt das umlaufende Kondensat-Leitelement infolge seiner radialen Erstreckung nach innen eine Verengung des freien Strömungsquerschnittes. Die Geschwindigkeit des Abgasstromes wird hier lokal erhöht. Angesammeltes und nach innen gelenktes Kondensat wird infolge der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit vom Abgasstrom mitgerissen und ins Freie befördert. Ein Austropfen des Kondensates aus dem Abgasrohr ist vermieden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist das Abgasrohr einem Abgasschalldämpfer nachgeschaltet, wobei das Kondensat-Leitelement in einem außerhalb des Abgasschalldämpfers liegenden Rohrabschnitt liegt. Der außerhalb liegende Rohrabschnitt des Abgasrohres ist nicht von heißen Abgasen umströmt. Die vergleichsweise kühle Umgebung begünstigt eine Kondensatbildung. Die Anordnung des Kondensat-Leitelementes in diesem Bereich bewirkt einen Wiedereintrag des Kondensatstoffes in den Abgasstrom nahezu unmittelbar am Ort der Kondensatbildung. Die Bildung größerer Kondensatansammlungen und die damit einhergehende Gefahr einer Tropfenbildung ist zuverlässig vermieden.
Das Kondensat-Leitelement ist vorteilhaft in unmittelbarer Nähe stromauf des Auslaßendes angeordnet. Ein erneutes Auskondensieren bzw. Niederschlagen des in den Abgasstrom rückgeleiteten Kondensatstoffes ist unterbunden.
In einer bevorzugten Ausführung bildet das Kondensat-Leitelement in seinem Querschnitt einen Ablösepunkt für den Abgasstrom. Der hier gewählte Begriff des Ablösepunktes ist nicht auf eine eckige Kantenform beschränkt. Er umfaßt jedwede aerodynamische Form, die den Strömungsquerschnitt des Abgasrohres einengt, und die im Unterschied zu einer Venturi-Ausbildung eine Strömungsablösung von der Oberfläche mit nachfolgender Wirbelbildung erzeugt. Der Strömungsabriß von dem Kondensat-Leitelement und die nachfolgende Wirbelbildung unterstützen die Mitreißwirkung des Abgasstromes auf den wandseitigen Kondensatfilm. Aufgewirbelte Kondensattröpfchen werden in den inneren, achsnahen Bereich des Abgasstromes gefördert, was einen erneuten Niederschlag an den nachfolgenden Rohrwänden erschwert.
In zweckmäßiger Weiterbildung verläuft das Kondensat-Leitelement wendelförmig entlang der Innenwand des Abgasrohres. Die sich in axialer Richtung erstreckende Wendelform erlaubt in eingeschränktem Maße eine Axialbewegung des wandseitig niedergeschlagenen Kondensatfilmes und damit eine Verteilung über die axiale Erstreckung des Kondensat-Leitelementes. Verteilt über dessen Länge kann das Kondensat-Leitelement mit erhöhter Wirksamkeit das niedergeschlagene Kondensat in den Abgasstrom zurückleiten. Für eine hinreichende Ableitungswirkung bei geringem Bauvolumen hat sich eine Wendelzahl im Bereich von einschließlich zwei Wendeln bis einschließlich sechs Wendeln und insbesondere eine Ausführung mit etwa vier Wendeln als zweckmäßig herausgestellt.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Kondensat-Leitelement mit seinem stromab liegenden Ende in den Bereich einer Mittelachse des Abgasrohres geführt. Restkondensat, welches über die Baulänge des Kondensat-Leitelementes nicht in den Abgasstrom zurückgeleitet wurde, läuft in Strömungsrichtung des Abgases an dem Kondensat-Leitelement bis zu dessen stromab liegenden Ende. Dabei wird es in den Bereich der Mittelachse geführt, wo es verbessert vom Abgasstrom aufgenommen und abgeführt werden kann. Die Bildung von Kondensat-Restmengen ist vermieden.
In zweckmäßiger Ausführung ist das Kondensat-Leitelement als wendelförmige Drahtfeder ausgebildet. Die Kreisform des Drahtquerschnittes hat sich als wirkungsvoll sowohl zum Auffangen des niedergeschlagenen Kondensatstromes als auch zur Strömungsführung mit Wirbelbildung des Abgasstromes herausgestellt. Diese vorteilhaften Wirkungen paaren sich mit einer einfachen und kostengünstigen Bauweise.
Die Drahtfeder ist bevorzugt an ihrem stromauf liegenden Ende radial nach innen gebogen. Das nach innen gebogene Drahtende kann in einfacher Weise als Montagehilfe benutzt werden. Gleichzeitig trägt das in den Strömungsquerschnitt ragende Drahtende zur Wirbelbildung und damit zu einer verbesserten Wiederaufnahme von Kondensat bei.
In vorteilhafter Ausführung ist die Drahtfeder radial vorgespannt im Abgasrohr gehalten. Die radiale Vorspannung bewirkt neben einer zuverlässigen Lagefixierung eine radiale Anpreßkraft zwischen Feder und Innenwand. In diesem Bereich ist eine Dichtungswirkung zu beobachten. Der Kondensatfilm kann nicht zwischen Drahtfeder und Rohrwand hindurchkriechen. Vielmehr wird er radial nach innen um den Drahtquerschnitt der Drahtfeder gelenkt, wo die Verhältnisse für einen Wiedereintrag in den Abgasstrom optimal sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 in einer Übersichtsdarstellung ein handgeführtes Arbeitsgerät am Beispiel einer Heckenschere mit einer als Blockschema angedeuteten Abgasanlage;
2 eine perspektivische, transparente Ansicht des Abgasrohres der Anordnung nach 1 mit Einzelheiten zu dem darin angeordneten Kondensat-Leitelement;
3 in einer geschnittenen und vergrößerten Schemadarstellung die Strömungsverhältnisse im Bereich des Drahtquerschnittes vom Kondensat-Leitelement der Anordnung nach 2;
4 eine perspektivische Einzelteilansicht des Kondensat-Leitelementes nach 2 in Form einer Drahtfeder;
5 eine Variante der Drahtfeder nach 4 mit einem in den Bereich der Mittelachse eingezogenen Drahtende.
1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein handgeführtes Arbeitsgerät am Beispiel einer Heckenschere, die durch einen Verbrennungsmotor 1 angetrieben ist. Anstelle einer Heckenschere kann auch ein Freischneider, ein Trennschleifer, eine Kettensäge oder dgl. vorgesehen sein.
Der im Detail nicht näher dargestellte Verbrennungsmotor 1 ist in einem Gehäuse 17 gehalten und vom Gehäuse 17 näherungsweise vollständig abgedeckt. Vom Verbrennungsmotor 1 ist in der hier gezeigten Ansicht lediglich ein Zündkerzenstecker 20 sowie ein Anwerfgriff 19 zum Starten des Verbrennungsmotors 1 zu sehen.
Zum Führen der Heckenschere ist ein vorderer Handgriff 15 und ein hinterer Handgriff 16 vorgesehen, wodurch ein vom Verbrennungsmotor 1 angetriebenes Scherblatt 18 an dem zu schneidenden Grüngut entlang geführt werden kann.
Der Verbrennungsmotor 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Zweitaktverbrennungsmotor mit Verlustschmierung, für dessen Betrieb dem Kraftstoff ein Schmierölanteil beigemischt wird. Es kann auch eine Getrenntschmierung mit separatem Schmiermitteltank sowie eine zumindest näherungsweise verlustfreie Schmierung beispielsweise bei einem Viertaktmotor vorgesehen sein.
Die beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 entstehenden Abgase werden durch eine vom Gehäuse 17 abgedeckte und zeichnerisch als schematische Blockdarstellung angedeutete Abgasanlage hindurch ins Freie geleitet. Die Abgasanlage umfaßt dazu einen Abgasschalldämpfer 7 und ein in Strömungsrichtung nachgeschaltetes Abgasrohr 2. Ein durch einen Pfeil 3 angedeuteter Abgasstrom durchläuft zunächst den Abgasschalldämpfer 7 und anschließend das Abgasrohr 2, bis er beim freien Auslaßende 4 des Abgasrohres 2 ins Freie tritt. Zur Herstellung der strömungsleitenden Verbindung ragt das Abgasrohr 2 mit einem inneren Rohrabschnitt 9 in den Abgasschalldämpfer 7 hinein. Ein stromab davon liegender Rohrabschnitt 8 des Abgasrohres 2 verläuft außerhalb des Gehäuses vom Abgasschalldämpfer 7. In unmittelbarer Nähe zum Auslaßende 4 ist stromauf davon im außen liegenden Rohrabschnitt 8 ein angedeutetes, weiter unten im Detail näher beschriebenes Kondensat-Leitelement 6 angeordnet.
Das Abgasrohr 2 nach 1 ist in vergrößerter und transparent dargestellter Ansicht in 2 gezeigt. Das Abgasrohr 2 ist mit, einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet und verläuft entlang einer Mittelachse 12. Am Auslaßende 4 ist das Kondensat-Leitelement 6 angeordnet, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel als wendelförmige Drahtfeder 14 ausgebildet ist. Die wendelförmige Drahtfeder 14 oder auch Schraubenfeder ist unter radialer Vorspannung in das freie Ende des Abgasrohres 2 nahe dem Auslaßende 4 eingeschoben. Infolge der radialen Vorspannkraft ist die Drahtfeder reib- und formschlüssig lagefixiert und schmiegt sich innenseitig an eine Innenwand 5 des Abgasrohres 2 an. Für eine axiale Lagesicherung der Drahtfeder 14 ist das Abgasrohr 2 noch mit einer angedeuteten Axialsicherung 21 am Auslaßende 4 versehen.
Das Abgasrohr 2 stellt stromauf des Kondensat-Leitelementes 6 dem Abgasstrom 3 einen ungestörten, kreisförmigen Strömungsquerschnitt zur Verfügung. Dieser Strömungsquerschnitt wird durch die in Umfangsrichtung des Abgasrohres 2 mehrfach umlaufende und radial nach innen von der Innenwand 5 sich erhebende Drahtfeder 14 verengt.
Die Strömungsverhältnisse am Kondensat-Leitelement 6 sind schematisch und vergrößert in 3 gezeigt. Der kreisförmige Querschnitt eines Drahtes 22 der Drahtfeder 14 (2) ist gegen die Innenwand 5 des Abgasrohres 2 gepreßt. Der Verlauf des Abgasstromes 3 läßt sich durch Stromlinien darstellen, von denen der besseren Übersichtlichkeit halber nur zwei wandnahe Stromlinien 27 dargestellt ist. Stromauf des Drahtes 22 hat sich ein Kondensatfilm 23 an der Innenwand 5 niedergeschlagen. Der Kondensatfilm 23 hat infolge der Wechselwirkung mit dem Abgasstrom 3 und ggf. unter Einwirkung der Schwerkraft das Betreben, in Richtung des Abgasstromes 3 zum Auslaßende 4 (2) zu wandern. Der Darstellung nach 3 ist zu entnehmen, daß sich der Kondensatfilm 23 als Folge davon stromauf des Drahtes 22 aufstaut und vom Kondensat-Leitelement 6 von der Innenwand 5 weg in Richtung der Mittelachse 12 (2) gelenkt wird.
Die gewählte aerodynamische Form des Kreisquerschnittes vom Draht 22 bewirkt eine Unterbrechung des laminaren Flusses vom Abgasstrom 3. Stromab des maximalen Wandabstandes zur Innenwand 5 ist ein Ablösepunkt 26 gebildet, hinter dem sich die Strömung von der Oberfläche des Kondensat-Leitelementes 6 und dem nachfolgenden Abschnitt der Innenwand 5 ablöst. Es bilden sich angedeutete Wirbel 25. Der auf den Querschnitt des Drahtes 22 bezogene Ablösepunkt 26 stellt sich über die Länge des Drahtmaterials als eine um die Mittelachse 12 (2) umlaufende Ablöselinie dar, demnach zumindest ein erheblicher Anteil des wandnahen Abgasstromes 3 stromab des Kondensat-Leitelementes 6 verwirbelt ist. Anstelle des gezeigten Kreisquerschnittes vom Draht 22 können auch andere, beispielsweise eckige Querschnittsformen mit der Bildung eines aerodynamischen Ablösepunktes 26 zweckmäßig sein.
Die Verengung des freien Strömungsquerschnittes durch das Kondensat-Leitelement 6 bewirkt eine lokale Beschleunigung des Abgasstromes 3, die zeichnerisch durch einen geringer werdenden Abstand der Stromlinien 27 dargestellt ist, und die etwa im Bereich der maximalen radialen Erhebung des Kondensat-Leitelementes 6 von der Innenwand 5 aus ihren größten Wert erreicht. Der Abgasstrom 3 und/oder die Gewichtskraft führen den Kondensatfilm 23 um den Querschnitt des Drahtes 22 herum bis in den vorgenannten Bereich. Dort führt die hohe Strömungsgeschwindigkeit in Verbindung mit den abgelösten Wirbeln 25 zu einer Auflösung des Kondensatfilmes 23 in einzelne, angedeutete Tropfen 24, die von dem Abgasstrom 3 fortgetragen werden, ohne sich wieder an der Innenwand 5 niederschlagen zu können. Der Ablösepunkt 26 und die Tropfen 24 weisen einen radialen Abstand zur Innenwand 5 auf, der zur Vermeidung einer erneuten Anlagerung beiträgt.
4 zeigt in einer perspektivischen Einzelteildarstellung die Drahtfeder 14 nach 2. Die Drahtfeder 14 umfaßt zweckmäßig etwa zwei bis sechs schraubenförmig umlaufende Wendeln 10. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Windungsverlauf von etwas mehr als vier Wendeln 10 vorgesehen. Die Drahtfeder 14 ist noch an ihrem stromauf liegenden Ende 13 radial nach innen gebogen, demnach das Ende 13 nach innen in den Strömungsquerschnitt des Abgasstromes 3 (2) hineinragt.
Eine Variante der Drahtfeder 14 nach 4 ist in 5 gezeigt, demnach ihr bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgasstromes 3 (2) stromab liegendes Ende 11 ausgehend von den umfangsseitig verlaufenden Wendeln 10 radial nach innen bis zu einer Längsachse 28 der Drahtfeder 14 geführt ist. Dort ist das stromab liegende Ende 11 in Richtung der Längsachse 18 verlaufend umgebogen. Im montierten Zustand liegen die Wendeln 10 ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach den 2 und 4 wendelförmig verlaufend an der Innenwand 5 des Abgasrohres 2 an. Die Längsachse 28 fällt dabei mit der Mittelachse 12 des Abgasrohres 2 (2) zusammen. Das stromab liegende Ende 11 der Drahtfeder 14 liegt damit zumindest näherungsweise auf der Mittelachse 12 des Abgasrohres 2 bzw. in der Mitte des Strömungsquerschnittes vom Abgasstrom 3. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen stimmt das Ausführungsbeispiel nach 5 mit dem nach 4 überein.
In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Kondensat-Leitelement 6 als wendelförmige Drahtfeder 14 ausgebildet. Es kann auch ein Blechstreifen, eine Konturprägung der Umfangswand vom Abgasrohr 2 oder vergleichbare andere Ausführungen vorteilhaft sein. Anstelle eines wendelförmigen Verlaufes kann auch eine kreisringförmige, lochblendenartige Ausbildung zweckmäßig sein, wobei auch mehrere Kreisscheiben kaskadenartig hintereinander angeordnet werden können.

Claims

Abgasanlage eines durch einen Verbrennungsmotor (1) angetriebenen Arbeitsgerätes, insbesondere einer Heckenschere oder dgl., umfassend ein Abgasrohr (2) für einen Abgasstrom (3), wobei das Abgasrohr (2) mit einem Auslaßende (4) ins Freie mündet, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Innenwand (5) des Abgasrohres (2) ein den Strömungsquerschnitt verengendes, umlaufendes Kondensat-Leitelement (6) angeordnet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (2) einem Abgasschalldämpfer (7) nachgeschaltet ist, wobei das Kondensat-Leitelement (6) in einem außerhalb des Abgasschalldämpfers (7) liegenden Rohrabschnitt (8) liegt.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat-Leitelement (6) in unmittelbarer Nähe stromauf des Auslaßendes (4) angeordnet ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat-Leitelement (6) in seinem Querschnitt einen Ablösepunkt (26) für den Abgasstrom (3) bildet.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat-Leitelement (6) wendelförmig entlang der Innenwand (5) des Abgasrohres (2) verläuft.
Abgasanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat-Leitelement (6) etwa zwei bis sechs und insbesondere etwa vier Wendeln (10) aufweist.
Abgasanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat-Leitelement (6) mit seinem stromab liegenden Ende (11) in den Bereich einer Mittelachse (12) des Abgasrohres (2) geführt ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat-Leitelement (6) als wendelförmige Drahtfeder (14) ausgebildet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtfeder (14) an ihrem stromauf liegenden Ende (13) radial nach innen gebogen ist.
Abgasanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtfeder (14) radial vorgespannt im Abgasrohr (2) gehalten ist.