DE102009014688A1

DE102009014688A1 - Schalldämpfer für ein Motorgerät

Info

Publication number: DE102009014688A1
Application number: DE102009014688A
Authority: DE
Inventors: Christian Kellermann
Original assignee: Dolmar GmbH
Current assignee: Makita Engineering Germany GmbH
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2009-10-15
Also published as: CN101560902A; JP5672587B2; US8172038B2; JP2009257327A; US20090255519A1; CN101560902B; DE202008005168U1

Abstract

Um einen Schalldämpfer (100) für ein Motorgerät mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere für ein handbetriebenes Kleingerät wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, das mit einem Hubkolbenmotor, insbesondere einem Zweitaktmotor, ausgeführt ist, wobei der Schalldämpfer mit dem Auslass (1) des Brennraumes (2) des Hubkolbenmotors (3) in Verbindung bringbar ist, und wenigstens eine erste Kammer (4) und eine zweite Kammer (5) aufweist, wobei zumindest zwischen dem Auslass (1) und der ersten Kammer (4) ein Strömungskanal (6) ausgebildet ist, bereitzustellen, der die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik überwindet und bei hohem Füllungsgrad des Brennraumes ein Druckverhältnis im Bereich des Auslasses aufweist, der ein Austreten von Frischgas aus dem Brennraum verringert oder vermeidet, wird vorgeschlagen, dass der Strömungskanal (6) zwischen dem Auslass (1) und der ersten Kammer (4) derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das aus dem Auslass (1) strömende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer (4) einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer (4) wieder zurück strömt, und sich hierdurch in Richtung zum Brennraum (2) ein Gegendruck bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für ein Motorgerät mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere für ein handbetriebenes Kleingerät wie beispielsweise ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Das Motorgerät ist mit einem Hubkolbenmotor, insbesondere Zweitaktmotor, ausgeführt, wobei der Schalldämpfer mit dem Auslass des Brennraumes des Hubkolbenmotors in Verbindung gebracht werden kann. Der Schalldämpfer weist wenigstens eine erste Kammer und eine zweite Kammer auf, wobei zumindest zwischen dem Auslass und der ersten Kammer ein Strömungskanal ausgebildet ist.
Um einen schädlichen Nachauslass eines unverbrannten Kraftstoff-Luftgemisches bei Zweitaktmotoren zu verringern oder zu vermeiden, sind Vorrichtungen bekannt, die an den Auslass des Brennraumes angeordnet werden, um einen bestimmten Gegendruck zu erzeugen. Jedoch ergibt sich das Problem, dass bei einem zu niedrigen Abgasgegendruck zuviel Frischgas in die den Zweitaktmotor nachgeschaltete Auspuffanlage entweicht, wohingegen bei zu hohem Abgasgegendruck zu wenig Frischgas in den Zylinder des Motors gelangen kann. Zweitaktmotoren können konstruktiv derart ausgebildet werden, dass bei hohen Drehzahlen ein hoher Abgasgegendruck entsteht, wobei dieser jedoch bei niedrigen Drehzahlen nicht erreicht werden kann. Allgemein ergibt sich daher das Ziel, in einem breiten Drehzahlbereich, Gasschwingungen nach dem Auslass so zu erzeugen, dass der schädliche Nachauslass verringert wird und der Füllungsgrad des Brennraumes mit Frischgas dennoch erhalten bleibt.
Eine bekannte Ausführungsform eines Schalldämpfers 100 ist in 3 gezeigt. Dieser ist an einen Hubkolbenmotor 3 anschließbar, der als Zweitaktmotor ausgebildet ist und einen Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle 16, einer Pleuel 15 und einem hubbeweglich im Zylinder geführten Kolben 14 aufweist, der einen Brennraum 2 dynamisch begrenzt. Das Abgas wird über einen Auslass 1 aus dem Brennraum 2 herausgeführt und gelangt über einen Strömungskanal 6 in die Kammer 5 des Schalldämpfers 100, die mit dem Schalldämpfergehäuse 11 umschlossen ist. Der Strömungskanal 6 mündet endseitig frei in die Kammer 5, wobei dieser mit einer Lochung 18 gezeigt ist, durch die ein Teil des Abgases radial aus dem Strömungskanal 6 abströmen und in die Kammer 5 eintreten kann. Endseitig besitzt der Strömungskanal 6 eine angeformte Blende 19, um den Schall des ausströmenden Abgases wenigstens teilweise in Richtung zum Auslass 17 zu dämpfen, über den das Abgas aus der Kammer 5 ins Freie gelangt. Nachteilhaft ist jedoch, dass mit der gezeigten Ausbildung des Strömungskanals 6 aus Richtung des Schalldämpfers 100 kein Abgasgegendruck im Auslass 1 erzeugt werden kann, wodurch unverbranntes Frischgas in den Schalldämpfer gelangt.
Eine weitere Ausführungsform eines Schalldämpfers ist aus der DE 20 2005 005 328 U1 bekannt, der an den Abgassauslass des Hubkolbenmotors angeordnet wird. Der Schalldämpfer besitzt eine erste Kammer und eine zweite Kammer, die beide mit dem Abgasauslass verbunden sind. Die erste und die zweite Kammer wird durch das Abgas jeweils durchströmt, wobei die erste Kammer weitgehend geschlossen ausgebildet ist und erst durch die zweite Kammer das Abgas über einen schalldämpferseitigen Auslass ins Freie geführt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass der Auslass Befestigungsmittel aufweist, an denen eine Trennwand lösbar angeordnet ist, die das Abgas zum Teil in die erste und zum Teil in die zweite Kammer leitet. Die Unterteilung des Auslasses zum einen in die Richtung der ersten und zum anderen in die Richtung der zweiten Kammer ist quer zur Hubrichtung des Kolbens des Hubkolbenmotors ausgerichtet, so dass bei Aufwärtsbewegung des Kolbens zunächst das Abgas in beide Kammern und bei Erreichen der Trennwand nur noch in die erste Kammer strömen kann. Die erste Kammer wirkt folglich als Pufferkammer, wobei durch das in die Pufferkammer einströmende Abgas der Arbeitstakt des Verbrennungsmotors nicht behindert wird. Erreicht der Kolben während seiner Aufwärtsbewegung mit der Kolbenoberkante die Trennwand, kann sich das noch im Brennraum befindliche Abgas in den Schalldämpfer entweichen und ins Freie abgeführt werden. Sobald der Kolben während des anschließenden Kompressionshubes die Pufferkammer zum Zylinder hin wieder verschließt, kann das sich noch in der Pufferkammer befindliche restliche Abgas durch die zwischen Pufferkammer und Schalldämpfer angeordne te Öffnung in den Schalldämpfer entweichen und den Druck in der Pufferkammer abbauen. Jedoch gelangt neben dem Abgas auch Frischgas in den Auslass und damit in den Schalldämpfer, womit eine Verringerung des Wirkungsgrades des Motors einhergeht und eine Erhöhung der Schadstoffemission festgestellt werden muss.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schalldämpfer für ein Motorgerät mit einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, der die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik überwindet und bei hohem Füllungsgrad des Brennraumes ein Druckverhältnis im Bereich des Auslasses aufweist, der ein Austreten von Frischgas aus dem Brennraum verringert oder vermeidet.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schalldämpfer für ein Motorgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Strömungskanal zwischen dem Auslass und der ersten Kammer derart geradlinig ausgebildet ist, dass das aus dem Auslass strömende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer wieder zurück strömt, und sich hierdurch in Richtung zum Brennraum ein Gegendruck bildet.
Die Erzeugung des gewünschten Gegendruckes wird durch einen neuartigen Strömungskanal erreicht, der geradlinig ausgebildet ist, um die Strömung des Abgases in die erste Kammer zu begünstigen. Das Abgas wird zunächst durch den Verbrennungsmotor in den Strömungskanal hinein beschleunigt und weist eine Massenträgheit auf. Unabhängig von Nebenanschlüssen des Strömungskanals bewegt sich der Abgasmassenstrom aufgrund seiner Massenträgheit in die erste Kammer und füllt diese bis zu einem Grenzdruck. Ist dieser Grenzdruck erreicht, erfolgt eine Rückströmung des Abgasmassenstromes zurück in Richtung zum Auslass des Brennraumes. Dabei wird ein Gegendruck erzeugt, der in dem Moment gegen den Auslass vorherrscht, wenn bereits Frischgas in den Brennraum gelangt ist und somit ein Austreten des Frischgases aus dem Auslass effizient vermieden wird.
Ferner werden durch die Erfindung auch die Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors gesenkt, da das Frischgas vermehrt zur Leistungsgewinnung des Motors genutzt wird und nicht unverbrannt in den Schalldämpfer und damit in die Umwelt gelangt. Der Strömungskanal kann entlang einer Kanalachse verlaufen, die etwa senkrecht auf der Bewegungsrichtung des Kolbens steht. Der Strömungskanal erstreckt sich zwischen Auslass und der ersten Kammer, wobei dieser strömungsgünstig ausgeformt ist und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entlang einer geraden Achse verläuft. Eine fluidische Kommunikation mit der zweiten Kammer des Schalldämpfers behindert dabei nicht die Bildung der Druckschwingung gegen den Auslass aus Richtung des Schalldämpfers. Im Folgenden werden daher die geometrische Ausbildung und die Anordnung der Nebenstromkanäle zwischen den beiden Kammern des Schalldämpfers näher beschrieben.
Es ist von Vorteil, dass die erste Kammer von der zweiten Kammer umschlossen ist und der überwiegende Teil des Abgases erst nach Durchströmen der ersten Kammer in die zweite Kammer einströmt. Um ein Überströmen des Abgases von der ersten Kammer in die zweite Kammer zu ermöglichen, ist ein Hauptauslass vorgesehen, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Strömungskanal und der zweiten Kammer bildet. Der Strömungskanal erstreckt sich konzentrisch um eine Kanalachse, die die Längsrichtung des Strömungskanals beschreibt. Der Hauptauslass ist als Rohrabschnitt ausgefüht und verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse des Strömungskanals, so dass mindestens eine T-förmige Verbindung gebildet ist.
Eine schnelle Strömung, die während des Auslassvorganges im Strömungskanal herrscht, nimmt zunächst den gradlinigen Weg in Richtung zur ersten Kammer, da die Massenträgheit des Gases einen abrupten Richtungswechsel in Richtung des Hauptauslasses unterbindet. Dadurch wird das Volumen der ersten Kammer so lange gefüllt, bis die abnehmende Druckdifferenz die Strömung im Strömungskanal soweit verlangsamt, dass dann der Hauptauslass mit Abgas durchströmt werden kann. Folglich strömt das Abgas nun von der ersten Kammer über den Hauptauslass in die zweite Kammer, die das eigentliche Schalldämpfervolumen bildet. Dabei wird am Auslass des Brennraumes ein Gegendruck erzeugt. Dieser Abströmvorgang herrscht so lange vor, bis sich durch die Kolbenbewegung der Auslass erneut öffnet und wieder eine schnelle Strömung in Richtung des Volumens der ersten Kammer aufgebaut wird, und somit der Hauptauslass aufgrund seiner rechtwinklig abströmenden Ausbildung nicht weiter durchströmt wird. Da im Strömungskanal Schallgeschwindigkeit erreicht wird und die Maße sehr kurz und der Kanal einen geringen Durchmesser aufweist, ist eine störende Resonanz bei üblichen Drehzahlen wirkungsvoll unterbunden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Strömungskanals liegt darin, dass der Auslassvorgang anfangs nicht beeinflusst wird, da die Druckdifferenz über dem kritischen Druckverhältnis liegt und das Abgas aus dem Brennraum ausströmen kann. Das Volumenverhältnis der ersten Kammer zum Strömungskanal, der Durchmesser des Strömungskanals und die übrige geometrische Ausbildung ist derart ausgeführt, dass sich aus der ersten Kammer der Gegendruck in Richtung des Brennraumes aufbauen kann, wenn sich der hubbewegliche Kolben in einer Hubposition befindet, in der die Überströmkanäle bereits geschlossen sind, jedoch der Auslass durch die aufwärtsgerichtete Hubbewegung des Kolbens noch nicht verschlossen ist. Am Ende des Auslassvorganges, wenn die Überströmer bereits geschlossen sind und der Auslass noch offen ist, kann durch Abstimmung der genannten geometrischen Ausbildung des Strömungskanals der dem Auslassstrom entgegenwirkende Gegendruck in erforderlicher Höhe zum erforderlichen Zeitpunkt erzielt werden, wobei der Gegendruck schlagartig anliegen kann. Im Ergebnis steuert der Schalldämpfer den Volumenstrom im Auslass derart, dass die Spülung erst stark ist und am Ende des Spülvorganges durch plötzlichen hohen Gegendruck gebremst wird. Die Spülverluste werden dadurch deutlich über ein breites Drehzahlband gesenkt.
Der Rückstrom, der den Gegendruck in Richtung des Auslasses bildet, kann dabei aus der ersten Kammer und zumindest teilweise aus dem Strömungskanal gebildet werden, da beide Volumina ineinander übergehen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Strömungskanal zweiteilig ausgeführt und weist eine Unterbrechung auf, die ringför mig um die Kanalachse herum ausgeführt ist. Damit wird eine weitere geometrische Ausführung des Strömungskanals vorgeschlagen, der sich in einen ersten Teil und einen zweiten Teil unterteilen lässt. Der erste Teil ist mit dem Brennraum des Hubkolbenmotors verbunden, wobei der zweite Teil mit der ersten Kammer in Verbindung steht. Die Unterbrechung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil bewirkt daher eine Trennung der Teile des Strömungskanals, und bildet zugleich den Hauptauslass des Strömungskanals, um eine fluidische Verbindung zwischen dem Strömungskanal und der zweiten Kammer zu bilden.
Der erste Teil des Strömungskanals bildet in Richtung zur ersten Kammer eine erste Öffnung, wohingegen der zweite Teil des Strömungskanals eine zweite Öffnung in Richtung des Brennraumes bildet. Dabei erstreckt sich die erste Öffnung des ersten Teiles wenigstens teilweise in die zweite Öffnung des zweiten Teiles hinein. Zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung erstreckt sich ein radial umlaufender Abstand zur Bildung des Hauptauslasses. Folglich kann das Abgas über eine ringförmige Strömung aus dem Strömungskanal in die zweite Kammer gelangen, die auch gemäß dieser Ausführungsform das eigentliche Schalldämpfervolumen bildet. Bedingt durch die Anordnung der ersten Öffnung, die sich zumindest abschnittsweise in die zweite Öffnung hinein erstreckt, wird die Füllung der ersten Kammer begünstigt, da auf obenstehend bereits beschriebener Weise das ausströmende Abgas im Strömungskanal geradlinig bewegt wird. Folglich entweicht das Abgas nur zu einem geringen Teil durch den ringförmig umlaufenden Hauptauslass. Erst wenn die abnehmende Druckdifferenz die Strömung des Abgases im Strömungskanal soweit verlangsamt und eine Rückströmung erfolgt, kann das Abgas durch den ringförmigen Hauptauslass in die zweite Kammer entweichen. Dennoch wird hinreichend Abgas in Richtung des Auslasses des Brennraumes zurückgeführt, so dass der erforderliche Gegendruck erzeugt wird. Dabei ist es auch denkbar, dass der ringförmige Hauptauslass düsenförmig ausgestaltet ist und sich entsprechend verjüngt, wodurch der ringförmige Spalt selbst geringer wird, bis das Abgas endgültig in die zweite Kammer eintritt gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die zweite Öffnung des zweiten Teils wenigstens teilweise die erste Öffnung des ersten Teils erstreckt oder die erste Öffnung des ersten Teils und die weite Öffnung des zweiten Teils sich unter Ausbildung eines Spalts oder Ringspalts gegenüberliegen angeordnet sind.
Zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein Nebenauslass vorgesehen sein, der sich durch eine Wandung der ersten Kammer hindurch erstreckt, sodass wenigstens ein Teil des Abgases durch den Nebenauslass von der ersten Kammer in die zweite Kammer strömen kann. Je größer der Nebenauslass im Querschnitt ausgestaltet wird, desto geringer ist der rückwirkende Gegendruck gegen den Auslass des Brennraumes, da mehr Abgas durch den Nebenauslass entweichen kann.
Der Brennraum des Hubkolbenmotors kann ein Hubvolumen aufweisen, wobei das Volumen der ersten Kammer etwa dem Hubvolumen und bevorzugt dem halben Hubvolumen des Brennraumes entspricht. Durch das Volumenverhältnis kann eine vorteilhafte Druckschwingung hervorgerufen werden, sodass eine störende Resonanz bei üblichen Drehzahlen des Hubkolbenmotors vermieden wird, was insbesondere bei einem Volumenverhältnis erreicht werden kann, wenn das Volumen der ersten Kammer dem halben Hubvolumen des Brennraumes entspricht. Insbesondere ist durch vorteilhafte geometrische Ausbildung des Volumens der ersten Kammer im Verhältnis zum Volumen des Strömungskanals und des Brennraumes der erzielbare Gegendruck sowohl hinsichtlich des Zeitpunktes als auch der Höhe des Gegendrucks optimierbar.
Die zweite Kammer ist durch eine Wandung gebildet, die das Schalldämpfergehäuse des Schalldämpfers darstellt. Die erste Kammer ist endseitig am Strömungskanal ausgebildet, wobei der Strömungskanal einteilig in die Wandung der ersten Kammer übergehen kann. Der Strömungskanal kann dabei aus der Wandung des Schalldämpfergehäuses herausgeführt werden und der Schalldämpfer ist über den aus dem Schalldämpfergehäuse herausgeführten Teil des Strömungskanals am Hubkolbenmotor angebunden. Die Verbindung zwischen der Wandung des Schalldämpfergehäuses und dem Strömungskanal kann eine Lötverbindung und bevorzugt eine Schweißverbindung sein. Jedoch ist auch eine Quetschverbindung oder eine Pfalz- oder Bördelverbindung möglich.
Der Hubkolbenmotor ist als einzylindriger Zweitaktmotor ausgeführt und weist Überströmkanäle auf, über die Kraftstoff-Luftgemisch in den Brennraum gelangen kann und die über den Brennraum begrenzenden hubbeweglichen Kolben geöffnet und verschlossen werden. Ferner überstreicht der hubbewegliche Kolben den Auslass des Brennraumes, sodass dieser ebenfalls durch die Kolbenkante geöffnet und geschlossen wird, wobei der Kolben im Aufwärtshub den Auslass später schließt als die Überströmkanäle.
Ebenfalls ist es denkbar, den Schalldämpfer zusätzlich mit einem Katalysatorelement auszugestalten, damit eine weitere Schadstoffreduzierung im Abgas erreicht werden kann. Beispielsweise könnte ein Katalysatorelement, welches wabenartig oder lochblechartig ausgebildet ist, im oder direkt nach dem Hauptauslass angeordnet werden. Selbstverständlich könnte das Katalysatorelement auch zwischen dem Strömungskanal und der ersten Kammer vorgesehen sein. Darüber hinaus sind auch weitere Anordnungen eines oder mehrerer Katalysatorelemente denkbar.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Hubkolbenmotor mit einem Schalldämpfer, der mit dem Auslass des Brennraumes des Hubkolbenmotors in Verbindung steht und wenigstens eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweist, wobei zumindest zwischen dem Auslass und der ersten Kammer ein Strömungskanal ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Strömungskanal zwischen dem Auslass und der ersten Kammer derart geradlinig strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das aus dem Auslass strömende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer wieder zurück strömt, und sich hierdurch in Richtung zum Brennraum ein Gegendruck bildet.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
1 in einer Schnittdarstellung erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalldämpfers für ein Motorgerät mit einem einteilig ausgeführten Strömungskanal, der sich entlang einer geraden Kanalachse erstreckt und
2 sowie 4 und 5 Schnittdarstellungen von weiteren Ausführungsbeispiel eines Schalldämpfers für ein Motorgerät mit einem Strömungskanal, der zweiteilig ausgeführt ist, und
3 in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform eines Schalldämpfers gemäß des Standes der Technik.
Der in der 1 gezeigte Schalldämpfer 100 ist an einem Auslass 1 angeordnet, der zum Auslass des im Brennraum 2 des Hubkolbenmotors 3 verbrannten Kraftstoff-Luftgemisches ermöglicht. Der Hubkolbenmotor 3 weist einen Kolben 14 auf, der auf bekannte Weise über ein Pleuel 15 mit einer Kurbelwelle 16 verbunden ist und zum Antrieb von handgeführten Kleingeräten wie Garten- und Grünanlagenpflegegeräte, Kettensägen, Rasenmäher und dergleichen geeignet ist. Derartige Motorgeräte werden jedoch auch für Kleinkrafträder oder beispielsweise als Bootsmotoren angewendet.
Aus dem Brennraum 2 strömt das Abgas durch den Auslass 1 in einen Strömungskanal 6, über den der Schalldämpfer 100 am Hubkolbenmotor 3 befestigt ist, wobei die Verbindung zwischen dem brennraumseitigen Ende des Strömungskanals 6 und dem Hubkolbenmotor 3 vereinfacht dargestellt ist. Die Strömung des Abgases durch den Auslass 1 in den Strömungskanal 6 ist durch Pfeile angedeutet. Hierbei ist erkennbar, dass sich der Strömungskanal 6 entlang einer linearen Kanalachse 8 erstreckt und einen geraden Rohrabschnitt bildet. Durch die geradlinige Ausbildung des Strömungskanals 6 kann das Abgas derart in Richtung einer ersten Kammer 4 beschleunigt werden, dass dieses nicht oder nur zu einem geringen Teil aus dem Hauptauslass 7a in eine zweite Kammer 5 des Schalldämpfers 100 überströmen kann. Ein Entweichen des Abgases über den Hauptauslass 7a in Richtung der zweiten Kammer 5 wird dadurch vermieden, dass sich der Hauptauslass 7a etwa senkrecht zur Kanalachse 8 erstreckt. Aufgrund der Beschleunigung des Abgases in Richtung zur ersten Kammer 4 folgt dieses aufgrund der Massenträgheit des Abgases dem linearen Weg und verschließt den Hauptauslass 7a.
Erst wenn der Druck im Volumen der ersten Kammer 4 stark ansteigt und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Strömungskanal 6 verlangsamt wird, kann Abgas über den Hauptauslass 7a in die zweite Kammer 5 entwei chen. Bei einer Rückströmung des Abgases aus der ersten Kammer 4 in Richtung zum Auslass 1 wird gegen den Auslass 1 ein Gegendruck aufgebaut, der ein Austreten von Frischgas aus dem Brennraum 2 verhindert. Die Zeitdauer, die vergeht, um den Gegendruck im Bereich des Auslasses 1 aufzubauen, entspricht etwa dem Zeitraum nach der Verbrennung, bis der Kolben 14, der längsbeweglich im Hubkolbenmotor 3 geführt ist, durch Überstreichen des Auslasses 1 diesen wieder verschließt. Folglich ist ein Ladungswechsel möglich, bei dem sowohl ein effektives Abführen des Abgases als auch eine effektive Zufuhr von Frischgas ermöglicht ist.
Die erste Kammer 4 ist durch eine Wandung 10 gebildet, die einteilig in den Strömungskanal 6 übergeht. Die zweite Kammer 5 wird durch ein Schalldämpfergehäuse 11 umschlossen, das einen Auslass 17 aufweist, durch den das Abgas endgültig ins Freie geführt wird. Zwischen der ersten Kammer 4 und der zweiten Kammer 5 ist ein Nebenauslass 9 vorgesehen, der einen Durchbruch in der Wandung 10 beschreibt. Durch den Nebenauslass 9 kann zumindest ein Teil des in die erste Kammer 4 einströmen des Abgases direkt in die zweite Kammer 5 entweichen. Dadurch wird eine Verminderung des Gegendruckes bewirkt, ohne das Volumen der ersten Kammer 4 zu vergrößern. Im Ergebnis wird ein Schalldämpfer 100 bereitgestellt, durch den die Schadstoffgrenzwerte beim Betrieb des Motorgerätes eingehalten werden können. Ist ein Katalysator als weiteres Bauteil im Abgasstrang des Hubkolbenmotors 3 vorgesehen, kann dieser kleiner ausgelegt werden. Das Volumen der ersten Kammer 4 kann vorteilhafterweise etwa dem halben Hubvolumen des Brennraumes 2 entsprechen.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 100 dargestellt, der wie oben stehend bereits beschrieben am Hubkolbenmotor 3 angeordnet ist. Das bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 aus dem Brennraum 2 bewegte Abgas verlässt den Brennraum 2 durch den Auslass 1 und beschleunigt entlang der Kanalachse 8 in den Strömungskanal 6. Dieser ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt und umfasst einen ersten Teil 6a und einen zweiten Teil 6b. Der erste Teil 6a des Strömungskanals 6 bildet in Richtung zur ersten Kammer 4 eine erste Öffnung 12, wobei der zweite Teil 6b des Strömungskanals 6 eine zweite Öffnung 13 in Richtung des Brenn raumes 2 bildet. Dabei erstreckt sich die erste Öffnung 12 wenigstens teilweise in die zweite Öffnung 13 hinein. Zwischen der zweiten Öffnung 13 und der ersten Öffnung 12 bildet sich ein umlaufender radialer Abstand, durch den der Hauptauslass 7b gebildet wird. Ein dritter Abschnitt des Strömungskanals ist mit dem Bezugszeichen 6c benannt und bildet den Teil, der sich aus dem Schalldämpfergehäuse 11 hinaus erstreckt und die Anbindung an den Hubkolbenmotor 3 bildet. Die erste Kammer 4 ist – wie oben stehend bereits beschrieben – durch eine Wandung 10 gebildet, die einteilig in den zweiten Teil 6b des Strömungskanals 6 übergeht, wobei ein Nebenauslass 9 in der Wandung 10 vorgesehen ist, durch den ein Teil des Abgases direkt von der ersten Kammer 4 in die zweite Kammer 5 überströmen kann.
Durch die Anordnung der ersten Öffnung 12 innerhalb der zweiten Öffnung 13 mit einem teilweisen Abschnitt, über den sich die erste Öffnung 12 in die zweite Öffnung 13 hinein erstreckt, wird ermöglicht, dass das Abgas zunächst überwiegend in die erste Kammer 4 einströmt. Erst bei Bildung eines Gegendruekes und einer Rückströmung des Abgases vom zweiten Teil 6b in den ersten Teil 6a des Strömungskanals 6 kann das Abgas durch den Hauptauslass 7b in die zweite Kammer 5 überströmen. Das Überströmen in der genannten Strömungsrichtung wird durch die geometrische Ausbildung des Hauptauslasses 7b begünstigt, da ein Richtungswechsel des bewegten Abgases aus Richtung der ersten Kammer 4 nicht erforderlich ist, um den Hauptauslass 7b zu durchströmen. Dennoch bleibt hinreichend Gegendruck im ersten Abschnitt des Strömungskanals 6a übrig, um gegen den Auslass 1 des Brennraumes 2 einen genügend hohen Gegendruck bereit zu stellen.
In 4 und 5 sind entsprechende Ausführungsformen dargestellt, bei denen gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern wie bei 2 erhalten haben. Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist dabei vorgesehen, dass sich die zweite Öffnung 13 des zweiten Teils 6b wenigstens teilweise in die erste Öffnung 12 des ersten Teils 6a erstreckt, während bei der Ausführungsform gemäß 5 vorgesehen ist, dass sich die erste Öffnung 12 des ersten Teils 6c und die zweite Öffnung 13 des zweiten Teils 6 sich unter Ausbildung eines Spalts oder Ringspalts 20 gegenüberliegend angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Insbesondere ist die geometrische Ausbildung des Hauptauslasses 7 nicht auf die dargestellte Form begrenzt. Auch eine Vielzahl von kleinen Hauptauslasskanälen 7a in einer radialen umlaufenden Anordnung im Strömungskanal 6 bildet eine mögliche alternative Ausführungsform. Die Anordnung des Hauptauslasses 7 kann vorzugsweise in die Nähe des Auslasses 1 gelegt werden, um eine hinreichend hohe Beschleunigung der Rückströmung aus Richtung der ersten Kammer 4 gegen den Auslass 1 zu ermöglichen.

100: Schalldämpfer
1: Auslass
2: Brennraum
3: Hubkolbenmotor
4: erste Kammer
5: zweite Kammer
6: Strömungskanal
6a, 6b, 6c: Teile des Strömungskanals 6
7a, 7b: Hauptauslass
8: Kanalachse
9: Nebenauslass
10: Wandung
11: Schalldämpfergehäuse
12: erste Öffnung
13: zweite Öffnung
14: Kolben
15: Pleuel
16: Kurbelwelle
17: Auslass
18: Lochung
19: Blende
20: Spalt (Ringspalt)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202005005328 U1 [0004]

Claims

Schalldämpfer (100) für ein Motorgerät mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere für ein handbetriebenes Kleingerät wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, das mit einem Hubkolbenmotor, insbesondere einem Zweitaktmotor, ausgeführt ist, wobei der Schalldämpfer mit dem Auslass (1) des Brennraumes (2) des Hubkolbenmotors (3) in Verbindung bringbar ist, und wenigstens eine erste Kammer (4) und eine zweite Kammer (5) aufweist, wobei zumindest zwischen dem Auslass (1) und der ersten Kammer (4) ein Strömungskanal (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) zwischen dem Auslass (1) und der ersten Kammer (4) derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das aus dem Auslass (1) strömende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer (4) einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer (4) wieder zurück strömt, und sich hierdurch in Richtung zum Brennraum (2) ein Gegendruck bildet.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (4) von der zweiten Kammer (5) umschlossen ist und der überwiegende Teil des Abgases erst nach Durchströmen der ersten Kammer (4) in die zweite Kammer (5) einströmt.
Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptauslass (7a, 7b) vorgesehen ist, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Strömungskanal (6) und der zweiten Kammer (5) bildet.
Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungskanal (6) konzentrisch um eine Kanalachse (8) herum erstreckt und der Hauptauslass (7a) als ein im Wesentlichen senkrecht zur Kanalach se (8) verlaufender Rohrabschnitt ausgeführt ist, der insbesondere mit dem Strömungskanal (6) eine T-förmige Verbindung bildet.
Schalldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) zweiteilig ausgeführt ist und eine Unterbrechung aufweist, die ringförmig um die Kanalachse (8) herum ausgeführt ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) einen ersten Teil (6a) aufweist, der mit dem Brennraum (2) des Hubkolbenmotors (3) verbindbar ist und einen zweiten Teil (6b) aufweist, der mit der ersten Kammer (4) verbunden ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung eine Trennung der Teile (6a, 6b) des Strömungskanals (6) bewirkt und den Hauptauslass (7b) des Strömungskanals (6) bildet.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (6a) des Strömungskanals (6) in Richtung zur ersten Kammer (4) eine erste Öffnung (12) und der zweite Teil (6b) des Strömungskanals (6) eine zweite Öffnung (13) in Richtung des Brennraumes (2) bildet, wobei sich die erste Öffnung (12) des ersten Teils (6a) wenigstens teilweise in die zweite Öffnung (13) des zweiten Teils (6b) hinein erstreckt, oder dass sich die zweite Öffnung (13) des zweiten Teils (6b) wenigstens teilweise in die erste Öffnung (12) des ersten Teils (6a) erstreckt oder die erste Öffnung (12) des ersten Teils (6a) und die zweite Öffnung (13) des zweiten Teils (6) sich unter Ausbildung eines Spalts oder Ringspalts (20) gegenüberliegend angeordnet sind.
Schalldämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der zweiten Öffnung (13) und der ersten Öffnung (12) ein umlaufender radialer Abstand erstreckt, durch den der Hauptauslass (7b) gebildet ist.
Schalldämpfer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nebenauslass (9) vorgesehen ist, der sich durch eine Wandung (10) der ersten Kammer (4) hindurch erstreckt und wenigstens ein Teil des Abgases durch den Nebenauslass (9) von der ersten Kammer (4) in die zweite Kammer (5) strömt, wobei insbesondere nur ein geringer Teil des Abgases durch den Nebenauslass (9) strömt und ein größerer Teil durch den Haupauslass (7a, 7b).
Schalldämpfer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (2) des Hubkolbenmotors (3) ein Hubvolumen aufweist, wobei das Volumen der ersten Kammer (4) etwa dem Hubvolumen und bevorzugt dem halben Hubvolumen entspricht.
Schalldämpfer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (5) durch eine Wandung gebildet ist, die das Schalldämpfergehäuse (11) des Schalldämpfers bildet.
Schalldämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (4) endseitig am Strömungskanal (6) ausgebildet ist, wobei der Strömungskanal (6) einteilig in die Wandung (10) der ersten Kammer (4) übergeht.
Schalldämpfer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) aus der Wandung des Schalldämpfergehäuses (11) herausgeführt ist und der Schalldämpfer über den aus dem Schalldämpfergehäuse (11) herausgeführten Teil (6c) des Strömungskanals (6) am Hubkolbenmotor (3) angebunden ist.
Schalldämpfer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der ersten Kammer (4) zum Strömungskanal (6) und/oder die geometrische Ausbildung des Strömungskanals (6) derart ausgeführt ist, dass sich aus der ersten Kammer (4) ein Ge gendruck in Richtung des Brennraumes (2) aufbaut, wenn sich der hubbewegliche Kolben (14) in einer Hubposition befindet, in der die Überströmkanäle bereits geschlossen sind, jedoch der Auslass (1) durch die aufwärts gerichtete Hubbewegung des Kolbens (14) noch nicht verschlossen ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck aus einem Rückstrom aus der ersten Kammer (4) und wenigstens teilweise aus dem Strömungskanal (6) gebildet ist.
Hubkolbenmotor (3), insbesondere Zweitaktmotor, mit einem Schalldämpfer (100), der mit dem Auslass (1) des Brennraumes (2) des Hubkolbenmotors (3) in Verbindung steht und wenigstens eine erste Kammer (4) und eine zweite Kammer (5) aufweist, wobei zumindest zwischen dem Auslass (1) und der ersten Kammer (4) ein Strömungskanal (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (6) zwischen dem Auslass (1) und der ersten Kammer (4) derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das aus dem Auslass (1) strömende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer (4) einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer (4) wieder zurück strömt, und sich hierdurch in Richtung zum Brennraum (2) ein Gegendruck bildet.