DE1601350A1 - Auspuffanlage fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Auspuffanlage für Breurikraftmaschinen

  Die ErfindunT betrifft eitle Auspuffanlage fizr pulsi.e-

  rend Abgase au nstogend2 Brennksraft@naschinen mit ge-

  zielten Ausnutzung der gasdyiiamis chen Vorgänge in der _

  Aüsnuff@irilage für den Gas;techsel dieser Brenn1tiaftr.-,a-

  schine

  Bei Zvvait=xkt!notoren- ist es bereits seit langem bekannt,

  durch eine Kbstinwung der xuspuff anlage optimale Verte ,

  und Verläufe fär I@.ftaufwand und iAitteldzuck zu errei-

  chen. yiitscraideden Biuf luß auf diese Kenngrößen üben

  die Ab%essungen der am auspuffkrümmer anschließenden

  ersten Rohrleitung der Auspuffanlage bis zur ersten

  Drosselstelle aus, des sogenanuten "Leistungsteiles"

  der Auspuffanlage. Durch entsprechende Ausbildung be-

  steht die :@.iöglichkeit, die nach Öffnung des .wusla3or-

  Panes fortlLi:.ifeiide :ibCas-Druckwelle am Eude des Lei-

  stunSsteiles als rücklaufende Über- oder Unterdrucf- .

  welle zu reflektieren. heben einer Unterstützung des

  Ladungswechsels können dadurch auch Yrischgasverluste

  rückßängiu gemäc'rit bzw. verringert wqrden.

  Das rissen um diese Vorgänge und deren Ausnutzung sind

  aber nicht allein auf das Gebiet der Zweitakt-Brenn-

  'waftmaschinen beschränkt. In zunehmendem Maße werden

  Ex-folge pekannt, die durch Abstimmung der Auspuffanla-

  gen auch an Viertakt-Brennkraftmaschinen erzielt wurden.

  Derartige Frfol#re dürften insbesondere dort zu erwarten

  sein, wo zur Erreichung hoher heistunFgwerte von ge-,

  steigerten Ventilüberschneidungen Gebrauch gemacht

  wurde.

  Diese positive Wirkung auf deal Gaswecieel der Brenn-

  kraft.maschine tritt aber nur dann ein, wenn die reflek-

  tierte Welle zum rechten Zeitpunkt am iuslaBorgan ein-

  trifft. Der sei t2liche Ablauf dieses Sthwingungsvorganpes

  wird außer von der Fortpf 1<-nzungsgesch:vindimkeit im Ab-

  gastredium .ma°3geblich von der lLitfernung zwischen erster

  Reflexionsstelle im Laistunp;steil und dem- luslat3-

  organ bestimmt. Damit kann einer gewählten Drehzahl

  der Brennkraftmaschine jeweils eine bestimmte Aus-

  puffanlagi u" geordnet werden. Hei Brennkraftmaschinpn

  für stationäre Zwecke mit in engen Grenzen einzuhal-

  tender Drehzahl sind dadurch optimale Verhältnisse

  realisierbar. Bei Brennkrattmasehinen für den #h,trieb

  von Straße ahrzeugen bereitet diese Abstimmung wegen

  ' der Gort üblichen breiten Drahaahlschwankung zwischen

  Leerlauf- und Sichetdrehzahl Schwierigkeiten. Ls wird

  deshalb. grundsätzlich angestrebt, vor allen Dingen

  bei Zweitakt-Brennlraftmaschinen, das Gebiet Wirt-

  . schaftlichstes Arbeitsweise in den Hauptfahrber=eich

  zu legen. Das heißt andererseits aber, da3 der Betrieb

  der Brenri#raftmasehinen außerhalb dieses Optirtalt#ebie-

  tes nach verschiedenen Gesithtspuni-ten unwirtschaftlich

  verläuft und deshalb Bachteile in der Ausnutzung des

  zugeführten Brennstoffes in Kauf geno,-lraen werden Mässen.

  An vere--hiedenen I:oustruktionen ist das lsedsrfnis zur

  Besuitigung dieses nachteiligen Zustandes zu erY,ar.rser_. '

  So wurde bereits vorgeschlagen, in das Hauptrohr eines

  Schalldämpfers bewegliche Zwischenwände einzubauten, um

  eine kontiuuierlicie Anpassung der aüspuffanl:4@e an die

  jeweilige Drehzahl der Brenrikxaftmasciirie vorzienmen zu

  kö nxie n.

  -Weiterhin wurde vorgeschlagen, am Ende eines konisch

  erweiterten huapu.ffrohres eine regelbare Blende anzu-

  bringen, deren Stellung vorzugsweise durch einen selbst-

  tätige n R:gl-er e rfolgen soll. rdit dieser Blende soll

  eine gunstige DruckwsllenwirlQung trotz unverärderlicher

  Röhrs'änge über einen w@@ .teu Drehzahlbereich eintreten.

  Ferner wurde bei einer Zweitakt-Brenüi;raftmasc rziue für

  Rennboote eine I_ingsversclüebliche .8uspuffanlage be-

  kuirt , die ei:ie längere Start- und eine kürzere Lauf-

  ste llung vorsieht.

  Den bekai:ntgewordenen @uusführungen haften' verschiedene

  Mängel an, die eine serienmäßige Verwendung auf breiter

  Ebene urid im Dauerbetrie % verhinderten. Bei ruzspufian-

  lagen mit längsverscheblcher Zwischernjrand behindern

  di e sich ablagernden Verbrennungsprodukte, ,sowie die

  Veränderungen durch Korrosion und Temperaturbeaufschla-

  gong die Beweglichkeit der Bauteile zue inander, so da3

  die Verstellkräfte ansteigen und dardt eine automatische

  Einstellung auf den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine

  unmöglich wird. Der bekanntgewordene Einsatz einer läii-s-

  verschieblichen .uspuf fanlage für Reanbootuotoren erklärt

  sich aus der relativ kurzen Betriebszeit während der Renn-

  läute, der nandverstellung und dem als selbstvzrspändlich

  empfundenen, hohen Wartungsaufwand derartiger hocnlei-

  stungsmotoren, Die Schieb6paasung dar Bauteile verursacht

  weiterhin den AustzIt t von Abgasen an unerwünschter Stelle

  sowie Geräuschbelästigung.

  Bei der vor!,7#eschlavenen Äusführun,- eines kor:isF--h enrei-

  terten nuspuffrohres mit einer am Ende angebrachten Blende

  fehlt eine drenzahlabhäLeige nnpassung an der Iauf der

  - Breradtraftmaschire durch Längenänderung. Die er-äu@ezu:.g

  der Laufzeit der Druck-wellen wird allein -mitt-,a -1s des -uit

  der Motordrehzahl veränderlichen mustrittsquerscbrii ttes -

  und damit des ab-asge pendruckes angestrebt. Damit ist

  aber das Ziel der breiten Drehzahlwirksamke it nicht mehr

  erreichbar," weswegen eine industrielle ;nwendunp- eben=

  falle nicht bek=nt geworden ist.

  rrfindung ist es; die vorstehand bsscnriebenen

  ;näil#el. der ßronnkraftmaschinau und verstellbarezz nusnuff'-

  anlagen zu beseitigen, um mtt der besseren Äusuutzung

  des Kraftstoffes eine wich;i-e Voraussetzun? für die 2iu=

  naltung der Vorschriften zur 5::a@i@altun@ der Luft zu

  seiiaff en.

  Der Erfindung li.errt die äufgabe zurzunde, eine isus-

  Puffanlage zu schaffen, mit der eile möo#liclist breite

  Anpassung eines günstigen nusnuffdruckverlaufes an

  die veränderlichen Drehzahlen und be lastungen und da-

  durch unterschiedlichen betriebsbeäinr:@unren der @3renn-

  kwaftmaschine'möglich ist. Die Anpassung soll automa-

  tisch und in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraft-

  maschine erfolgen. Die hierfür vorgesehenen ftittel

  sollen ohne laufenden Wz"rturjgsauf'war.Ld leichtgängig-,

  verschleißarm und dicht gegen Gas- und Geräuschaustritt

  sein. '

  Trfindurgagemäß wird diese Aufgabe dadurch --elöst, da3

  an den Auslalkanal bzw. Auslaßstutzen einer Bren.Litzr@-'t-

  maschine mindestens ztei in ihrer Wir!,,ung auf unt-r-

  scriiedliche Drehzahlbereiche abrestimmte

  einer Auspuffanlage angeschlossen siird, die mittels eher

  grundsätzlich bekannten Schaltvorrichtung: in Abhänrri-r=@it

  der Drehzahl der Brennkraftmaschine zur Wirkung @@onmeri.

  Die Aufspaltung des sbrasetromes in mehrere Zweige wurde

  bbreits iaehrfach vorgeschlagen, um je nach Intenität

  der Auspuffimpulse die Abgase dihekt oder erst nach

  Durculaufen von Schalldämpiungskammern oder Wärm-taa-

  schern ins freie zu leiten. Die Betätigung des Schalt-

  organes erfolgte oei -diesen r,ahlwei.se oder in rLbiär:r--i7-

  keit des die Motordrehzahl veräi,deieden kegelorganes.

  Das Bestreben -alt zweifelsfrei aur der bufricdimenden

  Dämpfung des Auepuftgeräuechc>s. Je nacruiem, ob und in

  welchem klaBe eine Züokwirkung aus den, den Leistwies-

  teilen nachgeschalteten pämpf'uuFsteilerl auf den .kuspuff-

  druckverlauf im Leistungsteil zu beachten ist, kann die

  gemeinsame hutzunir der Dägpfungseinrichtungen früher

  oder später erfolgen. Für die drehzahlabhäügice huslö-

  sung des Schaltimpulses bestehen verschiedene '*@'6g13eh-

  ' keiten. So kann z." $. mittels eines mit dem Motor ver-

  bundenen Fliehkraftverstellers ein Stromkreialauf ge-

  steuert werden, in dem ein Gchzittmotor die Verstellune

  ' der Auspuff-8chaltvorrichtung vornimmt. Im falle der

  Durchf ührung der Schi ltbewe gung mittels eines hyärau-

  lischen Iiilfskraftsystems kann der Schaltimpuls des

  Pliehkraftverste llere über ein magnetisches Steuervel.L-

  til .umgesetzt werden. Es sind hier noch weitere Möglicu-

  -- keiten der Betätigung, _der Sohaltvorrichtcung ausführbar.

  Der Betrieb de Brenukrattmaschine bei stark wechseln-

  den Drehzahlen, wie er beiepielsmpise .bei-Straßenfahr-

  zeugen '

  üblich ist, erfordert die irs"le,2,ung unterschied-

  licher, sich überschneidender Drehzahlen für' die Äbeabe

  des ßehaltimpulses bei Erhöhung bzw. B=i edrigung der

  Drehzahl der Brennki-aftcnaschirne. Damit wird verhindert,

  daß bei geringer Pendelung um eine 1?eetpurikt-Schaltdreh-

  zahl bzw. der dieser Schaltdrehzahl entgprecheüden Ge-

  schwindigkeit in kurzem seitlichen 4betand $ohaltimpulse

  abgegeben werden. Der genest« Hqhaltaeitpune, auch für

  einen zu fordernden rückfreien- Ubergang, ist in xusijer-

  tung des Kennlinienfeldes der jeweiligen Breraftma-

  schine endgültig festzulegen. In dieser Hinsicht kann

  es zweckmäßig sein, die Kdglichkeit der drehzahlabhängi-

  gen Zuschaltung der Leistungsteile auf bestim_-@te Getrie-

  begänge zu beschränle n.

  Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der .uspuffanlagen

  als Mehrstufenanlage wird eine entscheidende üusweitung

  das Wirksamkeitsbereiches erzielt, insbesondere* bei häu-

  fig und. schnell wechselnden Drehzahlen. Neben dem Er-

  reichen ansprechender Hflchstleiatungswerte kann die

  Brennkraftmaschine aber auch im unteren Drehzahlbereich

  wirtschaftlich betrieben werden. Dies ist vor allen Din-

  gen bei Straßenfahrzeugen im Stadtverkehr vorteilhaft,

  da nierhäufig bei unbehinderten Yahrmöglchkeiten das

  untere Drehzahlgebiet genützt bzw. aus diesem heraus be-"

  schleunigt wird, andererseits aber 7erade #m Stadtver-

  kehr hohe Än:orderungen an die Einhaltung tiöcnstzulässi-

  ger Vierte für die Schadstoffkonzentration gestellt wer-

  den. Gleichbedeutend mit der Schadstoffverrin:"erung ist

  die ttlinsparuncr; an

  1

  Die Möglichkeit der optimalen .#,npassun-, iizer Te=!Ir-

  stufigen Auspuffanlage an die urtterschecIlicti-n Wie-

  - triebebedinpunpren einer Brenhkäatmaschine ist

  daß ein günstiger Ausnuffdruckverlduf _zicht

  nur durch die L3nrenanpassun?" sonderte darüber hinaus

  durch die Herbeiführung: positiver bzw. negativer ee-

  flexiion bei entsprechender Gestaltung der Rohrenden

  und die Anpassung des Abgaestaudruckes Bart- die- variab-

  len Abgaaaengen durch geeignete #perachnittsbeniessung

  der verschiedenen leietungsteile-erreicht werden.

  Die Rerausbildung.tZpiecher optimalgebiete für die ein--

  zelnen *Ieetunre,astufen der Auspuffanlage läßt einen fül-

  ligen mtteldruckvorlauf mit deutlichem Drehzahlabstand

  zwischeU den Maxmälwerten für Leistung und Drehmoment

  er@rarteiaDer, damit verbun4ene elastische Mot erlauf

  wirkt si¢i- in einer Verringerung der Schelthäufirk3it

  ausi- #-- -

  Die ferrnarerung'der Spiilverluete_ vor allem im unsren

  Ihcehsahlbereich und im Iiebrlaut, ist bei gemischreschmier-

  `@ten Zweitakt-Brennkreftmaschinen veit-erhin mit dea Vor-

  teil der Verringerung der im'allremeinen typischen .ibgas-

  fahne: verbunden.

  Die Erfindüng soll nachstehend an einem @iusführungsbei-

  soiel nähe= erläutert werden. In der zugehörigen Zeich-

  nung zeigen: .

  e Auspuffanlage

  Big. einen Schnitt durcn eine zweistufig

  ,mit Schaltvorrichtung,

  fig. 2 ein Diagramm mit zwei Vollastkennlnien, wie sie

  sich als Auswirkung der auf verschiedene Dzenzahlbe-

  reche `abgestimmten Leistungsteile einer Auspuff i2#rilage

  eieben. -

  lu "uslaßkanal 'i bzw. :iusla3stutzerr 2 einer iirennkraft-

  maschine 3 ist eine axu$vufianlape 6 :nit mehreren, :ainde-

  stens aber zwei "heistunasteilen" 4;l# anmeschlössen. Die

  in aabhängigkeit der Drehzahl. der Brenne aftmaschine ilot-.

  merdige Zuscüaltung des für den jeweiligenrehzahlbere3.ch

  abgestimmten Leistunr-eteilas erfols't durch Verdrehung

  der clghä#ltvor#1 cititn;x^sa@; Wurde -i r;-- _1) s-

  Führungsbeispiel durch .ein hydratlisch arbeitendes -

  iilfskteftsystem 7 und eine Rüokzug'eder erreicht.

  Ls sind hier aber noch we-":e;re Gestaltunasmöglichkeiten

  ausf übroar. Durch die Variation von Rohrlänge, Rohrquer-

  schnitt und/oder

  für die Lei-

  stungsteile ißt es möglich, den Auspuffschwingungs- und

  Dzuck-Verlauf: dem jeweiligen Drehzahlbereich besser als

  bisher anzup@aesen und eine elastische und wirtschaftliche

  Motorobarakteristk zu- erzielen. - nachdem das am Uhde

  eines Arbeitasp:ele® ausgetrletene Äbgaevolumen das Rohr

  des Leistungsteilen verlangen, hat, wird es im aejsf ünrungs--

  bei®piol" nach Passieren von Interferenzroen eigem für

  beide Leistungsteile gemeinsamen Dämpfungsteil g zage-

  leitet. Im fiddarfsfal'l kÖnnen en heisturpst-eiser, ie-.@,eils

  abFest=tc erste Dämpfungsteile nachgeschalb. et :werden,

  um erst dann die weiteren Dampflunpseinricshtungen gemein-

  sam zu- nutzen. -

  ,r-g. 2 zeigt ein vereinfachtes Diagra,nm vier Wirisafke.ts-

  Bereiche 10j11 einer &usputfanla-ge mit zwei. Leistungstei-

  len in Gestalt der Kurven für :den Mittelcu'uck in %bnänpi-

  keit der Drehzahl. der ßrenn aftmaschne. 3esotxders kennt-

  lieh gemacht ..sind die Schaltnenudrehzahl 12 im Schnitt-

  'punkt der Kennlinien der i,tteldrücke und die Üherschnei-

  Jung für die: Abgabe der B@maltimpulse bei Erniedäaung

  und bei Erhöhung: der. Drehzahl fier Brenukrftmaschine

  vrie es für den Betrieb von

  zweckmäßig

  erscheint.

Claims (1)

1. patenten sprüche Äuspuffanlage für pulsierend Abgase ausstoßende 8renukraftmaschinen mit gasdynamischer Wiekung -. auf -den Gaswechsel rund Aufteilung des äbgasstrü= - gar#ages in mehrere, durch eine Schaltvorrichtung beaufjchlagbare Zweige, dadurch gekennzeichnet, daß an, einem Auslaßkanal (1) uzw.,4uelsßstzen (2) einer Brennkcaftmaschine (3) -minde®tene zwei durch Variation Fron Rohrlänge, Rohrquerschnitt d/oder ` - teionscharakterist% auf unterschiedUche Wirk. ' a"3tabereiahe (10j11) abgentimmte °tstungsteile" - (415) y -eine r- A»putfaalage (6) angeschlossen sind, dis in, Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine durch eine, von einem Hilfskraftsystem ('7) betätigte - an sich bekannte Schaltvorrichtung (8) selbsttätig ' zur Wirkung gebracht werden und daß dis, den. lieistunp-s- - tei%n nachgeschalteten DämpfunCsteile (9) der Aus-- -putanlage (6) in de l"a3e für eine gemerIsame Nutzung für die Abgaszweigströme vorgesehen sind, wie mis den - 3mpfungsteiien keine. oder vevnaahlässirbare Rückwir- kungen auf die Funktion des l;istungsteile eintreten. 2ö Auepuftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. eine Schalt-Nenndrehzahl ("s2) durch den Schnitt= $Unkt der Kennlinien des Wirksamkeitsbereiche (1p111) - der heatunj#atele (4i5) der Auspuffanlage (s) dei`i- "nart ist und daß sich die Wirämkeitobereiche (10d1) .im Gebiet der Sthalt-IVenndrehzahl (12) überschneiden . durch Abgabe des Schaltimpulses bei einer höherem_ Drehzahl (13) bei eher Erhöhung und eine@'tieferen - lh rehs(147) als der B"halt-Nenndrehzshlei Erniedrigung der %shzahl der Brennkraftmaschine (3). ,Auspuffanlage für Brenhkraftmaschinen Aufstellung der vervrendeten Bezugszeichen 1-. auslaßkanal äüsla9stutzen_ Breunl=Gftmaschine yeistungsteil a 5 _ Iieistungstel e 6 Auspuffanlage - gi 7:f skraf t ayst em F Bchaltvörrichtun Dämphngsteil _ 10 Wirksamkeitsbereich. 11 Wirksamkeitsbereich E 12. Schalt=fler-iidi@ehzahl Schaltimpuls bei Erhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschne 14 Brnedrigung der Drehzahl der Brennkraftmaschine _