DE1957036A1

DE1957036A1 - Performance-enhancing and sound-absorbing muffler for two-stroke internal combustion engines

Info

Publication number: DE1957036A1
Application number: DE19691957036
Authority: DE
Inventors: Nowak Klaus Frederick
Original assignee: NOWAK KLAUS FREDERICK
Current assignee: NOWAK KLAUS FREDERICK
Priority date: 1968-11-15
Filing date: 1969-11-13
Publication date: 1970-05-27
Also published as: US3462947A

Description

"Leistungssteigernder und schalldämmender Auspufftopf für Zweitaktverbrennungskraftmaschinen" Die Erfindung bezieht sich auf einen leistungssteigernden und schalldämmenden Auspuf ftop f für Verbrennungskraftmaschinken Kleine Zweitaktmotoren werden in steigendem Maße zum Antrieb aller möglichen Elennmaschinen verwendet. Claus Wacker (Paper 660 009 der Soc. of Automotive Engineers) und Wilhelm Hülse (Paper 680 469 der gleichen Gesellschaft) haben die Möglichkeiten der Leistungssteigerung dieser kleinen Motoren studiert und festgestellt, daß sich die Leistung durch Einrichtungen am Auspuff steigern läßt, durch die die Auspuffgase sich abwechselnd ausdehnen und wieder zusammengedrückt werden. Bei richtiger Dimensionierung bilden sich im Auspufftopf stehende Wellen, die im Spültakt des Motors ein Vakuum am Auspuffrohr entstehen lassen. Die in den genannten Aufsätzen beschriebenen Auspufftöpfe sind aber für kleine Maschinen schon 75 ci lang und daher nur für Laboratoriumsversuche, nicht praktisch brauchbar. "Performance-enhancing and sound-absorbing muffler for two-stroke internal combustion engines" The invention relates to a performance-enhancing and sound-absorbing exhaust ftop f for internal combustion engines Small two-stroke engines are in increasing numbers Dimensions used to drive all possible electrical machines. Claus Wacker (Paper 660 009 of the Soc. of Automotive Engineers) and Wilhelm Hülse (Paper 680 469 of the same Society) have the ability to increase the performance of these small engines studied and found that the performance is due to facilities on the exhaust can increase, through which the exhaust gases alternately expand and compressed again will. If dimensioned correctly, standing waves form in the muffler, which create a vacuum on the exhaust pipe during the flushing cycle of the engine. The ones in the mentioned articles described But mufflers are for small ones Machines already 75 ci long and therefore only for laboratory tests, not practical useful.

GemäB der Erfindung wird nur dadurch ein relativ kleiner und daher praktisch brauchbarer leistungssteigernder und schalldämmender Auspuffkopf geschaffen, daß an das Auspuffrohr eine Düse angeschlossen ist, die sich in den zylindrischen Topf leicht konisch öffnet und am motornahen Ende von über einen Ringraum zugängliche Ringkammern umgeben ist, in die die an einer Stirnwand des Topfes um 1800 uigelenkten Auspuffgase durch einen die Düse gleichachsig umgebenden Konus geleitet werden, dessen Offhungsrand dem Kopsmantel anliegt und aus denen die Gase durch einen am Topf radial angesetzten Auspuffstutzen ins Freie treten.According to the invention, this only makes a relatively smaller and therefore practically usable performance-enhancing and sound-absorbing exhaust head created, that a nozzle is connected to the exhaust pipe, which extends into the cylindrical Pot opens slightly conically and is accessible via an annular space at the end near the engine Annular chambers is surrounded, in which the uigang on one end wall of the pot around 1800 Exhaust gases are passed through a cone that surrounds the nozzle on the same axis, the opening edge of which rests against the kops jacket and from which the gases pass through an am Step outside the pot, radially attached exhaust pipe.

Der Außenrand der Düse liegt dabei näher an der Zylinderstirnwand als der Außenrand des sie umgebenden Konus.The outer edge of the nozzle is closer to the cylinder end wall than the outer edge of the surrounding cone.

Vor der Stirnwand des Topfes, gegen die die Düse sich öffnet, liegt zweckmäßig eine Prallplatte mit ausgezogener Spitze und aufgebördelten Rändern.In front of the front wall of the pot, against which the nozzle opens, lies expediently a baffle plate with an extended tip and flared edges.

Der Divergenzwinkel des Konus liegt zwischen 150 und 400, der Konus geht am motornahen Ende in einen Zylinder über.The divergence angle of the cone is between 150 and 400, the cone merges into a cylinder at the end close to the engine.

Der Divergenzwinkel der ixise liegt zwischen 50 und 80.The divergence angle of the ixise is between 50 and 80.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch, teilweise aufgeschnitten, die perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Auspufftopfes gemäß der Erfindung. Der Topf 10 hat einen Iußenmantel 12, aus einen Zylinder 22, der eine konische Düse 14 umschließt, welche sich gegen eine Prallplatte 16 hin öffnet. Die Düse 14 steckt in einem Konus 18, der sich vom Innenmantel 30 eines achsnahen Ringraumsystems 36, 38 bis an den Innenmantel des Zylinders 22 erstreckt. Der Topf ist aus Stahlblech zusammengeschweißt.The drawing shows, for example, schematically, partially cut open, the perspective view of a preferred embodiment of a muffler according to the invention. The pot 10 has an outer jacket 12, made of a cylinder 22, which encloses a conical nozzle 14 which is directed against a baffle plate 16 opens. The nozzle 14 is located in a cone 18 which extends from the inner jacket 30 of a The annular space system 36, 38 close to the axis extends to the inner surface of the cylinder 22. The pot is welded together from sheet steel.

Der Zylinder 22 des iußeniantels 12 ist an beiden Enden durch Kreisplatten 24 und 26 verschlossen. Der so gebildete Behälter ist bis auf die nachstehend beschriebene Ausnahme gasdicht geschlossen.The cylinder 22 of the outer element 12 is formed by circular plates at both ends 24 and 26 closed. The container thus formed is except for the one described below Exception closed gas-tight.

Die Düse 14 ist an das Auspuffrohr 28 angeschlossen, welches die Platte 24 gasdicht durchbricht. Die Duse 14 endet in einem Abstand von der Platte 26.The nozzle 14 is connected to the exhaust pipe 28, which is the plate 24 breaks through gas-tight. The nozzle 14 ends at a distance from the plate 26.

Der größte Durchmesser des Konus 18 ist gleich dem Innendurchmesser des Zylinders 22, seine größte Öffnung liegt naher an der Platte 24 als die größte Öffnung derDuse 14. An die kleinere Öffnung deg Konus 18 schließt sich bei 29 ein Zylinder 30 an. Der Durchmesser dieses Zylinders 30 ist bis zur Platine 24 überall etwas größer als der Außendurchmesser der hier nur noch schwach konischen Düse 14. Dadurch entsteht zwischen der Düse 14 und dem Zylinder 30 ein schwach konischer Ringraum 32.The largest diameter of the cone 18 is equal to the inner diameter of cylinder 22, its largest opening is closer to plate 24 than the largest Opening of the nozzle 14. The smaller opening deg the cone 18 closes at 29 cylinder 30 at. The diameter of this cylinder 30 is up to Board 24 is slightly larger than the outside diameter of the only weak here conical nozzle 14. This creates a between the nozzle 14 and the cylinder 30 slightly conical annulus 32.

Die Kante 34 des Zylinders 30 liegt in einem kleinen Abstand von der Platte 24. Durch den dadurch gebildeten Ringschlitz kann das Gas von dem Ringraum 32 in die Kammern 36 und 38 treten, deren Wade 20a und 20b zum Gasdürchtritt geschlitzt sind.The edge 34 of the cylinder 30 is at a small distance from the Plate 24. The gas can flow from the annular space through the annular slot formed thereby 32 enter chambers 36 and 38, the calves 20a and 20b of which are slit for gas passage are.

Hierdurch werden in dem Auspufftopf verschiedene, voneinander zumindest teilweise durch Blechwände getrennte Räume unterschiedlichen Volumens gebildet, nämlich erstens das Innere des Auspuffrohres 28 mit anschließendem Konus 14. Ein zweiter solcher Raum liegt zwischen der Öffnung der Düse 14 und der Prallplatte 16, dann folgt der Raum zwischen der Düse 14 und dem Konus 18. Der Ringraum 32 zwischen der Düse 14 und dem Zylinder 30 ist ein vierter Raum Der Ringraum 36 ist ein fünfter und der Ringraum 38 ein sechster. Der Raum 40 zwischen dem Zylinder 22 und der Düse 14 schließlich bildet einen siebenten Raum. Die Kammern 36, 38 und 40 liegen in Hinsicht auf die Längsachse des Zylinders 22 alle drei koaxial hintereinander. An den Raum 40 schließt sich radial der Auspuffstutzen 42 an.As a result, different, at least from each other, are in the muffler Rooms of different volumes, partially separated by sheet metal walls, namely firstly the interior of the exhaust pipe 28 with subsequent cone 14. A second such space is between the opening of the nozzle 14 and the baffle plate 16, then follows the space between the nozzle 14 and the cone 18. The annular space 32 between the nozzle 14 and the cylinder 30 is a fourth space. The annulus 36 is a fifth and the annulus 38 is a sixth. The space 40 between the cylinder 22 and the nozzle 14 finally forms a seventh room. The chambers 36, 38 and 40 are in With regard to the longitudinal axis of the cylinder 22, all three coaxially one behind the other. At the space 40 is followed by the exhaust port 42 radially.

Die Auspuffgase durchströmen die sieben Räume in der angegebenen Reihenfolge. Ihr Weg ist in der Zeichnung durch Pfeile gekennzeichnet. An der Prallplatte 16 wird der Gasstrom um 1800 umgelenkt, an der Platte 24 noch einmal um 1800 und am Auspuffstutzen 42 um 900.The exhaust gases flow through the seven spaces in the specified Series. Your path is indicated in the drawing by arrows. On the baffle plate 16 the gas flow is deflected by 1800, at the plate 24 again by 1800 and on Exhaust port 42 to 900.

Die Prallplatte 16 ist in ihrer Mitte zu einer Spitze 44 ausgezogen. Ihr Rand ist aufgebogen. Diese Formung der Prallplatte leitet den vorher im wesentlichen in Achanähe fließenden Gasstrom in Nantelnähe um.The baffle plate 16 is extended to a point 44 in its center. Its edge is bent up. This shaping of the baffle essentially guides the previous one Gas flow flowing near the Acha in the vicinity of the nantle.

Die Einrichtung des Auspufftopfes muß auf den Zylinderinhalt und die Drehzahl des Motors abgestimmt sein. Eine Auspufftopf einrichtung, die für einen Motor mit 50 ccm Zylinderinhalt und 7400 U.p.m. eingestellt ist, ist unwirksam bei einem Motor mit 350 ccm Zylinderinhalt und 5000 U.p.m. Sobald die Motordaten bekannt sind, kann ein Fachmann jedoch die Auspufftopfeinrichtung der Erfindung leicht dem gegebenen Motor anpassen.The equipment of the muffler must be based on the cylinder content and the Speed of the motor must be matched. A muffler set up for one Engine with 50 cc cylinder capacity and 7400 r.p.m. is ineffective at an engine with a cylinder capacity of 350 ccm and 5000 r.p.m. As soon as the motor data is known however, one skilled in the art can readily understand the muffler assembly of the invention adapt the given motor.

Unter Motordaten ist zu verstehen: Kolbenhub, Umdrehungszahl in der Belastungsspitze, gompressionsgrad, die "crank case ratio" (Kurbelkammerdiagramm?), die Art der Spülung und die Zyklus zeiten des Motors. In Kenntnis dieser Daten eines Zweitaktmotors kann die beschriebene Auspufftopfeinrichtung so bemessen werden, daß sich in dem Topf eine stehende Welle bildet und Rückstau- und Vakuumperioden wahrend einen Zyklus immer im richtigen Zeitpunkt am Auspuffausgang des. Motors auftreten.Motor data is understood to mean: piston stroke, number of revolutions in the Load peak, degree of compression, the "crank case ratio" (crank chamber diagram?), the type of flushing and the cycle times of the engine. Knowing this data a Two-stroke engine, the exhaust system described can be dimensioned in such a way that that a standing wave forms in the pot and backflow and vacuum periods during a cycle always at the right time at the exhaust outlet of the engine appear.

Für die Düse 14 hat sich ein Divergenzwinkel von 5° - So und für den Konus 18 ein solcher von 150 - 400 als besonders sweckmäßig auch bezüglich des gedrängten Aufbaus der Einrichtung erwiesen.For the nozzle 14 has a divergence angle of 5 ° - So and for the Cone 18 one from 150 - 400 as particularly curved, also with regard to the crowded one Established structure of the facility.

Die Ausbildung der Wande 20a und 20b ist im einzelnen nicht bedeutsam. Sie beeinflußt, in Abhängigkeit von den Daten des Motors, an den der Topf angeschlossen ist, die Leistungssteigerung und Schalldämmung nur wenig.The formation of the walls 20a and 20b is not important in detail. It influences, depending on the data of the motor to which the pot is connected is, the increase in performance and sound insulation is little.

Der als zylindrisch bezeichnete Teil 30 kann auch leicht konisch (parallel dem Mantel der Düse 14) verlaufen, so daß der Ringraum 32 durchgehend die gleiche Breite hat.The part 30 designated as cylindrical can also be slightly conical (parallel the jacket of the nozzle 14) so that the annular space 32 is continuously the same Width has.

Abgesehen davon, daß sich, wie gesagt, bei Jeder gleichbleibenden Drehzahl des Motors eine stehende Welle in der Auspufftopfeinrichtung ausbildet, dehnt sich die Masse des Gases beim Verlassen der Düse 14 plötzlich aus und wird beim Durchströmen des Konus 18 wieder zusammengedrückt, sie expandiert wieder im Raum 36 und 38 und wird schließlich wieder zusanengedrückt im Raum 40. So wird der ständige Abfluß der Abgase von dem Motor gesichert, ohne daß ein Rückstau z.B. im Ringraum 32, zu befürchten ist, welcher zu Leistungsverlusten führen würde.Apart from the fact that, as I said, the same for everyone Speed of the engine forms a standing wave in the muffler device, the mass of the gas expands suddenly when it leaves the nozzle 14 and becomes compressed again when flowing through the cone 18, it expands again in the Room 36 and 38 and is finally pressed together again in room 40. This is how the constant drainage of the exhaust gases from the engine ensured without a back pressure e.g. in the Annular space 32, is to be feared, which would lead to performance losses.

Die Gestalt der Platten 24, 26-und 16 ist nicht kritisch, obwohl eine Prallplatte 16, wie beschrieben, den Strom praktisch vollständig umkehrt.The shape of the plates 24, 26 and 16 is not critical, although one is Baffle plate 16, as described, the flow practically Completely reverses.

Nachstehend wird das Ergebnis von Versuchen wiedergegeben, weiche lit eine beschriebenen Auspufftopf an einen Zweitaktrotor ausgefiihrt wurden.The result of tests is given below, soft lit a described muffler were executed on a two-stroke rotor.

Der für die Versuche benutzte Zweitaktmotor war zum Einbau in ein "anow-mobil" bestimmt, er hatte 17 PS, 5500 U.p.m. und 320 ccm Zylinderinhalt. Die Messungen wurden mit drei Auspufftropfen ausgeführt. Erstens dem von des Fabrikanten des Motors litgelieferten, zweitens eine einfach 38 cm langen Rohr und drittens einem Auspufftopf gemäß der Erfindung. Dieser Auspufftopf war 33 cm lang und hatte 9,6 cm Durchmesser. Die Düse 14 war 7,6 ci von der Platte 26 entfernt, der Konus 18 12,7 cm.The two-stroke engine used for the experiments was to be built into a "anow-mobil" determined, it had 17 hp, 5500 r.p.m. and 320 cc cylinder capacity. the Measurements were made with three exhaust drops. First, that of the manufacturer of the engine, secondly a simple 38 cm long pipe and thirdly a muffler according to the invention. This muffler was 33 cm long and had 9.6 cm in diameter. The nozzle 14 was 7.6 ci from the plate 26, the cone 18 12.7 cm.

Die Wand 20a war 5,1 ci von der Platte 24 und die Wand 20b 2,5 ci von der Wand 20a entfernt. Der Durchmesser des Zylinders 30 war 5,1 ci, der Durchmesser der Düse 14 über der Wand 20b 4,8 ci. Der Durchmesser des Rohres 28 war 3,8 cm und der Durchmesser der größten Öffnung des Konus 14 6,35 cm. Als Prallplatte wurde die oben beschriebene benutzt.Wall 20a was 5.1 ci from panel 24 and wall 20b was 2.5 ci away from the wall 20a. The diameter of the cylinder 30 was 5.1 ci, the diameter of nozzle 14 over wall 20b 4.8 ci. The diameter of the tube 28 was 3.8 cm and the diameter of the largest opening of the cone 14 6.35 cm. As a baffle plate was the one described above is used.

In der nachstehonden Tabelle sind die Dynamometer-Ablesungen bei verschiedenen Drehzahlen des Motors eingetragen. Sie gibt das Drehmoment in m/kg und die Breisleistung an. Offenes Rohr Mit Schalldämpfer gem. Erf. abgebremste Drehmoment abgebremste Drehmoment U.p.m. Leistung (m/kg) Leistung (m/kg) 3500 10,2 PS 2,18 10.0 PS 2,14 4000 12,3 PS 2,29 12,4 PS 2,30 4500 14,2 PS 2,33 14,7 PS 2X44 5000 15,7 PS 2,33 17,0 PS 2,52 5500 16,8 PS 2,28 19,1 PS 2,57 6000 15,4 PS 1,90 19,3 Pß 2,39 Die mit den Auspufftopf erhaltenen Werte, der mit den Motor zusammen von der Fabrik geliefert war, waren niedriger als die mit dem einfachen offenen Rohr erhaltenen und sind in der Tabelle nicht aufgeführt. Die Tabelle zeigt, daß mit Ausnahme der niedrigsten Drehzahl von 3500 U.p.m. das Drehmoment und die Leistung beim Schalldämpfer der Erfindung höher liegt als bei einem glatten Rohr und erst recht als beim handelsüblichen Auspufftopf.The table below shows the dynamometer readings at various engine speeds. It indicates the torque in m / kg and the slurry output. Open pipe with silencer acc. braked torque braked torque Rpm output (m / kg) output (m / kg) 3500 10.2HP 2.18 10.0HP 2.14 4000 12.3 hp 2.29 12.4 hp 2.30 4500 14.2HP 2.33 14.7HP 2X44 5000 15.7 hp 2.33 17.0 hp 2.52 5500 16.8 hp 2.28 19.1 hp 2.57 6000 15.4 PS 1.90 19.3 PS 2.39 The values obtained with the muffler supplied with the engine from the factory were lower than those obtained with the simple open pipe and are not listed in the table. The table shows that, with the exception of the lowest speed of 3500 rpm, the torque and power of the silencer of the invention are higher than that of a smooth pipe and even more than that of the commercially available muffler.

Nach Angabe des Fabrikanten sollte der Motor bei 5500 U.p.m.According to the manufacturer, the engine should run at 5500 rpm.

17 PS leisten. Die Tabelle zeigt, daß er bei dieser Drehzahl mit offenen Rohr 16,8 PS, mit den Auspufftopf der Erfindung jedoch 19,1 PS tatsächlich leistet@ Bei höherer Drehzahl (6000) sinkt Leistung und Drehmoment bei offenem Rohr deutlich ab, bei dem Auspufftopf der Erfindung steigen aber beiae Werte noch@ Auch das Drehmoment fällt bei Verwendung des Auspufftopfes der Erfindung bei höheren Drehzahlen nicht so stark ab, als bei Verwendung des glatten Rohres.17 hp. The table shows that at this speed with open 16.8 hp pipe, but with the muffler of the invention it actually delivers 19.1 hp @ At a higher speed (6000), power and torque decrease significantly when the pipe is open off, at the muffler of the invention but increase with values still @ The torque also falls when using the muffler of the invention higher speeds do not decrease as much as when using the smooth tube.

Weitere Versuche zeigten, daß Drehmoment und maximale Leistung leicht abfielen, wenn die Prallplatte 16 weggelassen wurde und das Maximum des Drehmoments auch bei geringeren Drehzahlen -lag als mit der Prallplatte 16.Further tests showed that torque and maximum power were easy fell off when the baffle plate 16 was omitted and the maximum torque even at lower speeds than with the baffle plate 16.

Claims

Patent claims:

1. Performance-enhancing and sound-absorbing muffler for two-stroke engines, characterized by a slightly conical which is connected to the exhaust pipe (28) The nozzle (14) opens into the cylindrical pot (22) and has an annular space at the end near the engine (32) is surrounded by Ringknmnern (36, 38), in which the on an end wall (26) around 1800 diverted exhaust gases through a nozzle (14) surrounding, with its outer edge the cylinder wall (22) touching cone (18) are passed and from which they are passed through Step into the open air through an exhaust pipe (42) attached radially to the pot (22).

2. muffler according to claim 1, characterized in that the outer edge the nozzle (14) is closer to the cylinder end wall (26) than the outer edge of the surrounding Cone (18).

3. muffler according to claim 1 or 2, characterized by a baffle plate (16) with pulled out point (44) and flared edges, which are in front of the front wall (26) is arranged.

4. muffler according to one of the preceding claims, characterized in, that the divergence angle of the cone (18) ligt between 15 ° and 40 ° and that it is close to the engine End merges into a cylinder (30).

5. muffler according to one of the preceding claims, characterized in that that the divergence angle of the nozzle (14) is between 5 ° and 8 °.

L e r s e i t e