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Die Erfindung betrifft einen Resonanzauspuff für einen Zweitaktmotor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors mit einem Resonanzauspuff gemäß Anspruch 10.
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Zweitaktmotoren werden mit einem Abgasgegendruck betrieben. Beim Einströmen von Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer strömt ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemischs weiter durch den offenen Auslass in die Auspuffanlage. Der Gegendruck sorgt dafür, dass dieser Teil des Kraftstoff-Luft-Gemischs zumindest teilweise wieder zurück in die Brennkammer strömt, bevor der Auslass während der Verdichtung schließt. Auf diese Weise gelangt mehr Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer und die Leistung erhöht sich zumindest für eine bestimmte Drehzahl.
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EP 0 554 875 A1 offenbart eine Auspuffanlage für Zweitakt-Brennkraftmaschinen, umfassend einen Schalldämpfer, eine Verbindungsrohr-Anordnung mit einem motorseitigen Anschlussende zum Anschluss an wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und einem schalldämpferseitigen Anschlussende, welches mit dem Schalldämpfer verbunden ist, und einem Katalysator. Innerhalb der Verbindungsrohr-Anordnung im Strömungsweg zwischen beiden Anschlussenden wird ein mit dem Verbindungsrohranordnung verbundenes Schwingrohr vorgeschlagen mit einem abgeschlossenen Schwingrohrende und einem offenen Schwingrohrende, welches in den Strömungsweg zwischen motorseitigem Anschlussende und Katalysator einmündet. Im Schwingrohr kann eine ortsverschiebbare Prallwand zur Änderung der effektiven Schwingrohrlänge und damit zur Drehzahlanpassung der Resonanzfrequenz bzw. der Laufzeit der reflektierten Unterdruckwelle vorgesehen sein. Die Prallwand kann hierzu auf einer Spindel längsverstellbar angeordnet sein. Die Spindel kann durch einen Stellmotor am geschlossenen Schwingrohrende in Drehung versetzt werden, die eine entsprechende Axialverschiebung der im Schwingrohr längsverschiebbar, jedoch unverdrehbar gelagerten Prallwand zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Resonanzauspuff für einen Zweitaktmotor und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors mit einem Resonanzauspuff anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Resonanzauspuff für einen Zweitaktmotor gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors mit einem Resonanzauspuff gemäß Anspruch 10.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Resonanzauspuff für einen Zweitaktmotor umfasst ein mit mindestens einem Zylinder eines Zweitaktmotors verbindbares Einlassrohr mit einem Auspuffeinlass, einen stromabwärts vom Einlassrohr angeordneten konischen Diffusor, einen konischen Reflektor sowie ein den Diffusor und den Reflektor verbindendes Mittelstück, wobei eine wirksame Länge des Resonanzauspuffs zwischen dem Auspuffeinlass und einem Resonanzpunkt verstellbar ausgebildet ist oder wobei ein Lautsprecher im Resonanzauspuff angeordnet ist, der so ansteuerbar ist, dass eine Resonanzschwingung im Resonanzauspuff durch vom Lautsprecher emittierten Schall so überlagert wird, dass der Resonanzpunkt verschoben wird.
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Der Resonanzpunkt ist derjenige Punkt, an dem die Abgasschwingung reflektiert wird, idealerweise nach deren halber Laufzeit, so dass am Zylinderauslass ein Gegendruck erzeugt wird, der dafür sorgt, dass bereits aus dem Auslass des Zweitaktmotor ausgetretenes Kraftstoff-Luft-Gemischs zumindest teilweise wieder zurück in die Brennkammer strömt, bevor der Auslass während der Verdichtung schließt. Auf diese Weise gelangt mehr Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer und die Leistung erhöht sich.
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Die Verstellung des Resonanzpunktes kann dabei in Abhängigkeit von der Drehzahl des Zweitaktmotors derart erfolgen, dass der Gegendruck bei jeder Drehzahl bereits aus dem Auslass des Zweitaktmotors ausgetretenes Kraftstoff-Luft-Gemisch zumindest teilweise wieder zurück in die Brennkammer drückt
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In einer Ausführungsform ist im Mittelstück ein verschiebbares Reflexionselement zum Verstellen der wirksamen Länge angeordnet.
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In einer Ausführungsform ist zum Verstellen der wirksamen Länge das Einlassrohr relativ zum Diffusor verschiebbar angeordnet.
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In einer Ausführungsform umfasst das Mittelstück zum Verstellen der wirksamen Länge mindestens zwei miteinander teleskopartig verbundene Rohre oder wobei der Diffusor oder der Reflektor teleskopartig verschiebbar im Mittelstück angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist zum Verstellen der wirksamen Länge im Mittelstück in Strömungsrichtung des Abgases nacheinander eine Anzahl verschließbarer Blenden angeordnet.
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In einer Ausführungsform ist die Position des Reflexionselements im Mittelstück, die Position des Einlassrohrs relativ zum Diffusor oder die Länge des teleskopartigen Mittelstücks durch mindestens ein rotierbares Gewindeelement oder durch einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor oder durch einen Linearmotor verstellbar.
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In einer Ausführungsform ist eine Antriebseinheit zum Rotieren des mindestens einen Gewindeelements vorgesehen.
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In einer Ausführungsform ist die Antriebseinheit als ein Elektromotor ausgebildet.
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In einer Ausführungsform ist ein Antriebsriemen zur Kraftübertragung von der Antriebseinheit auf das mindestens eine rotierbare Gewindeelement vorgesehen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors mit einem Resonanzauspuff wie oben beschrieben angegeben, wobei bei niedrigen Drehzahlen des Zweitaktmotors eine größere wirksame Länge des Resonanzauspuffs eingestellt wird als bei hohen Drehzahlen des Zweitaktmotors.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, die wirksame Länge des Resonanzauspuffs abhängig von der Drehzahl des Zweitaktmotors zu verändern, um so eine Drehzahlanpassung der Resonanzfrequenz und/oder der Laufzeit der reflektierten Unterdruckwelle zu erreichen, ohne dass ein zusätzliches Schwingrohr erforderlich ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs für einen Zweitaktmotor,
- 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs für einen Zweitaktmotor,
- 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs für einen Zweitaktmotor,
- 4 eine schematische Schnittansicht einer Verstellvorrichtung für eine wirksame Länge des Resonanzauspuffs,
- 5 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs für einen Zweitaktmotor, und
- 6 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs für einen Zweitaktmotor.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs 1 für einen Zweitaktmotor. Der Resonanzauspuff 1 umfasst ein mit mindestens einem Zylinder eines Zweitaktmotors verbindbares Einlassrohr 2, beispielsweise einen Krümmer, mit einem Auspuffeinlass 3, einen stromabwärts vom Einlassrohr 2 angeordneten konischen Diffusor 4, einen konischen Reflektor 5 sowie ein den Diffusor 4 und den Reflektor 5 verbindendes Mittelstück 6, das beispielsweise rohrförmig gebildet ist. An den Diffusor 4 kann sich ein Druckrohr 7, gefolgt von einem Schalldämpfer (nicht dargestellt) anschließen. Eine wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1 zwischen dem Auspuffeinlass 3 und einem Resonanzpunkt, der beispielsweise im Bereich des Reflektors 5 liegt, ist verstellbar ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Reflektor 5 zu diesem Zweck im Mittelstück 6 teleskopartig verschiebbar.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs 1 für einen Zweitaktmotor. Der Resonanzauspuff 1 umfasst ein mit mindestens einem Zylinder eines Zweitaktmotors verbindbares Einlassrohr 2, beispielsweise einen Krümmer, mit einem Auspuffeinlass 3, einen stromabwärts vom Einlassrohr 2 angeordneten konischen Diffusor 4, einen konischen Reflektor 5 sowie ein den Diffusor 4 und den Reflektor 5 verbindendes Mittelstück 6, das beispielsweise rohrförmig gebildet ist. An den Diffusor 4 kann sich ein Druckrohr 7, gefolgt von einem Schalldämpfer (nicht dargestellt) anschließen. Eine wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1 zwischen dem Auspuffeinlass 3 und einem Resonanzpunkt, der beispielsweise im Bereich des Reflektors 5 liegt, ist verstellbar ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Diffusor 4 zu diesem Zweck im Mittelstück 6 teleskopartig verschiebbar.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs 1 für einen Zweitaktmotor. Der Resonanzauspuff 1 umfasst ein mit mindestens einem Zylinder eines Zweitaktmotors verbindbares Einlassrohr 2, beispielsweise einen Krümmer, mit einem Auspuffeinlass 3, einen stromabwärts vom Einlassrohr 2 angeordneten konischen Diffusor 4, einen konischen Reflektor 5 sowie ein den Diffusor 4 und den Reflektor 5 verbindendes Mittelstück 6, das beispielsweise rohrförmig gebildet ist. An den Diffusor 4 kann sich ein Druckrohr 7, gefolgt von einem Schalldämpfer (nicht dargestellt) anschließen. Eine wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1 zwischen dem Auspuffeinlass 3 und einem Resonanzpunkt, der beispielsweise im Bereich des Reflektors 5 liegt, ist verstellbar ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist das Einlassrohr 2 zu diesem Zweck relativ zum Diffusor 4 verschiebbar angeordnet, beispielsweise durch eine teleskopische Führung 8. Eine weitere teleskopische Führung 9 des Einlassrohrs 2 kann in einem mit dem Zweitaktmotor verbundenen Verbindungsstück 10 vorgesehen sein.
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4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Verstellvorrichtung 14 für die wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1, beispielsweise des in 1 gezeigten Resonanzauspuffs 1. Mindestens ein rotierbares Gewindeelement 13, beispielsweise eine Gewindestange ist drehbar gelagert, beispielsweise im Mittelstück 6 und greift in ein nicht dargestelltes Gewinde, beispielsweise durch eine Mutter gebildet, im Reflektor 5 ein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Gewindeelemente 13 vorgesehen. Es kann jedoch auch eine andere Anzahl von Gewindeelementen 13 vorgesehen sein. Es ist ein Motor 11, beispielsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor, an einer Außenseite des Resonanzauspuffs 1 vorgesehen, der beispielsweise mittels eines Antriebsriemens 12 die Gewindeelemente 13 verdrehen kann, um den Reflektor 5 relativ zum Mittelstück 6 zu verschieben und so die wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1 zu verändern.
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Ebenso ist es möglich, dass die Gewindeelemente 13 in jeweilige Gewinde im Diffusor 4 eingreifen, um deren Position relativ zum Mittelstück 6 und somit die wirksame Länge zu verändern, beispielsweise wie im Ausführungsbeispiel gemäß 2.
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Ebenso ist ein Ausführungsbeispiel möglich, in dem die Gewindeelemente 13 in jeweilige Gewinde in einem Reflexionselement eingreifen, das im Mittelstück 6 geführt ist, um dessen Position relativ zum Mittelstück 6 und somit die wirksame Länge zu verändern.
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Weiter ist es auch möglich, den Resonanzauspuff 1 gemäß 3 mit einer Verstellvorrichtung zu versehen, um das Einlassrohr 2 in den teleskopischen Führungen 8, 9 zu verschieben.
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5 zeigt eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Resonanzauspuffs 1 für einen Zweitaktmotor. Der Resonanzauspuff 1 umfasst ein mit mindestens einem Zylinder eines Zweitaktmotors verbindbares Einlassrohr 2, beispielsweise einen Krümmer, mit einem Auspuffeinlass 3, einen stromabwärts vom Einlassrohr 2 angeordneten konischen Diffusor 4, einen konischen Reflektor 5 sowie ein den Diffusor 4 und den Reflektor 5 verbindendes Mittelstück 6, das beispielsweise rohrförmig gebildet ist. An den Diffusor 4 kann sich ein Druckrohr 7, gefolgt von einem Schalldämpfer (nicht dargestellt) anschließen. Eine wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1 zwischen dem Auspuffeinlass 3 und einem Resonanzpunkt, der beispielsweise im Bereich des Reflektors 5 liegt, ist verstellbar ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform sind zu diesem Zweck im Mittelstück 6 in Strömungsrichtung des Abgases nacheinander eine Anzahl verschließbarer Blenden 15 angeordnet. Je nach gewünschter wirksamer Länge wird eine der Blenden 15 geschlossen und die anderen können geöffnet bleiben. Für den Fall, dass eine der Blenden 15 vollständig verschlossen wird, kann mindestens ein seitlicher Auslass (nicht dargestellt) für die Abgase aus dem Resonanzauspuff 1 vorgesehen sein, beispielsweise im Bereich des Diffusors oder des Mittelstücks. Der Reflektor 5 kann in diesem Fall endseitig verschlossen sein und/oder das Druckrohr 7 kann entfallen. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Blende 15 nicht vollständig verschlossen wird, so dass die Abgase weiter durch den Reflektor 5 und das Druckrohr 7 entweichen können.
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6 zeigt eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform eines Resonanzauspuffs 1 für einen Zweitaktmotor, die weitgehend mit der in 5 dargestellten Ausführungsform übereinstimmt. Die verschließbaren Blenden 15 sind mittels einer Platte 16 verschließbar, die in Längsrichtung des Resonanzauspuffs 1 zwischen den verschließbaren Blenden 15 verschiebbar ist. Die Platte 16 ist an einem Seilzug 17 befestigt, mittels dessen die Platte 16 in Längsrichtung vorwärts und rückwärts gezogen werden kann. Der Seilzug 17 ist durch jeweilige Durchführungen 18 aus dem Resonanzauspuff 1 heraus geführt. Der Seilzug 17 bildet einen geschlossenen Ring und ist über eine von einem Motor 19, beispielsweise einem Elektromotor, antreibbare Treibrolle 20 geführt, so dass der Seilzug 17 in beide Richtungen gezogen werden kann. Der Seilzug 17 kann in ein oder mehreren Windungen auf die Treibrolle 20 aufgespult sein. Ferner kann ein elastisches Längenausgleichselement 21 im von Seilzug 17 gebildeten Ring vorgesehen sein. Weiter können ein oder mehrere Umlenkrollen 22 zum Führen des Seilzugs 17 außerhalb des Resonanzauspuffs 1 vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann ein Lautsprecher im Resonanzauspuff 1 angeordnet sein, der so ansteuerbar ist, dass eine Resonanzschwingung im Resonanzauspuff 1 durch vom Lautsprecher emittierten Schall so überlagert wird, dass der Resonanzpunkt verschoben wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Mittelstück 6 zum Verstellen der wirksamen Länge mindestens zwei miteinander teleskopartig verbundene Rohre umfassen.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors mit einem Resonanzauspuff 1 gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird bei niedrigen Drehzahlen des Zweitaktmotors eine größere wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1 eingestellt als bei hohen Drehzahlen des Zweitaktmotors.
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Zu diesem Zweck kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die eine Drehzahl des Zweitaktmotors ermittelt und die wirksame Länge des Resonanzauspuffs 1 entsprechend einstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Resonanzauspuff
- 2
- Einlassrohr
- 3
- Auspuffeinlass
- 4
- Diffusor
- 5
- Reflektor
- 6
- Mittelstück
- 7
- Druckrohr
- 8
- teleskopische Führung
- 9
- teleskopische Führung
- 10
- Verbindungsstück
- 11
- Motor
- 12
- Antriebsriemen
- 13
- Gewindeelement
- 14
- Verstellvorrichtung
- 15
- Blende
- 16
- Platte
- 17
- Seilzug
- 18
- Durchführung
- 19
- Motor
- 20
- Treibrolle
- 21
- Längenausgleichselement
- 22
- Umlenkrolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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