DE2103705B2 - Auspuffanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auspuffanlage für eine Brennkraftmaschine, in deren Abgasleitung eine Düse eingebaut ist, die über eine Leitung aus einem Sammelraum Flüssigkeit in den Abgasstrom zerstäubt, wobei der Eindüsstelle im Strömungssinn des Abgases eine Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung nachgeschaltet ist und dieser ein mit Frischluft betriebener Kühler für die abgeschiedene Flüssigkeit, der zugleich den Sammelraum bildet.

Eine Einrichtung dieser Art ist in der CH-PS 4 56 248 beschrieben und dient zur Reinigung der Abgase von Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor, die in geschlossenen Räumen eingesetzt werden. Bei der bekannten Einrichtung wird im Kanal für die Abgase des Dieselmotors eine Verengung zum Ansaugen von Waschflüssigkeit mittels Unterdruck und zum Zerstäuben und teilweisen Verdampfen derselben in den Abgasstrom vorgesehen, an welcher ein sich erweiterndes Rohr und ein Kühler für die Abgase inklusive angesaugter Waschflüssigkeit angeschlossen sind, von welchem aus die gereinigten Abgase in den oberen Teil eines Behälters für die Waschflüssigkeit geleitet und dann ins Freie ausgesto-Ben werden.

Eine Schalldämpfung mit dieser bekannten Einrichtung ist weder angestrebt noch wird diese erreicht, sondern die bekannte Einrichtung dient lediglich zum Reinigen der Abgase von Verbrennungskraftmaschinen.

Eine ähnliche Einrichtung wird in der US-PS 32 63 413 beschrieben, wobei aber anstelle der Strahlpumpe gemäß der Einrichtung entsprechend der schweizerischen Patentschrift eine drückende Pumpe vorgesehen ist. Auch diese bekannte Einrichtung dient nicht zur Schalldämpfung, sondern bei der bekannten Einrichtung soll die Temperatur der Abgase niedrig gehalten werden, um damit sicherzustellen, daß der zugeordnete Dieselmotor auch in explosionsgefährdeten Räumen arbeiten kann.

Aus der GB-PS 7 91112 ist es bekannt, zur Verringerung des Lärms in einer in besonderer Weise ausgebildeten Abgasleitung Wasser einzusprühen. Die Anwendung dieser seit vielen Jahren bekannten Anordnung auf eine Einrichtung gemäß der schweizerischen Patentschrift ist nicht bekanntgeworden und es sind auch keine Hinweise darauf bekanntgeworden, in welchen Mengenanteilen eine sinnvolle Einsprühung von Flüssigkeit die wirksamste Schalldämpfung ergibt.

Der Erfindung liegt, ausgehend von Auspuffanlagen der eingangs genannten Art, die Aufgabe zugrunde, eine besonders wirksame Dämpfung des Auspufflärms bei Brennkraftmaschinen mit möglichst einfachen Mitteln zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angeführten kennzeichnenden Angaben gelöst, wobei insbesondere durch die angeführten Mengenanteile eine optimal wirksame Dämpfung erreicht wird.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der im Hauptanspruch gegebenen Lehre.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt dabei in

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, in

F i g. 2 eine Teildarstellung in größerem Maßstab, in

F i g. 3 eine abgeänderte Ausführungsform, in

Fig.4 eine Teildarstellung in größerem Maßstab einer Einzelheit gemäß F i g. 3, in

Fig.5 und 6 weitere abgeänderte Ausführungsformen.

In F i g. 1 ist mit IC eine Brennkraftmaschine und mit 12 eine Abgasleitung dargestellt, die zu einem Schalldämpfer 13 führt. Von dem Schalldämpfer 13 führt ein Abgasleitungsstück 14 zu einem Kühler 20, der einen flüssigkeitsgefüllten Sammelraum 21 und einen Einsatz

22 aufweis:. Durch diesen Einsatz 22 führt ein Gebläse

23 Kühlluft. Anstelle des Gebläses 22 kann auch bei Einsatz der Vorrichtung bei einem Kraftfahrzeug der Fahrtwind benutzt werden. Im oberen Teil des Kühlers 20 ist ein Raum 25 vorhanden, in welchem Flüssigkeitsabscheideeinrichtungen 26 angeordnet sind. Mit 27 ist eine Austrittsöffnung angedeutet.

Mit dem Sammelraum 21 steht eine Flüssigkeitsleitung 30 in Verbindung, und zwar unter Zwischenschaltung einer Pumpe 31, die bewirkt, daß die Flüssigkeit mit Druck über ein Leitungsstück 32 und ein Ventil 33 zu einer Düse 34 geführt wird, die in die Abgasleitung 12 mündet.

Die Düse 34 ist entsprechend der Darstellung in F i g. 2 als Flüssigkeitsinjektor ausgebildet.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform gelangen die Abgase durch die Abgasleitung 12 zur Düse 34. Hier werden Flüssigkeitströpfchen in den Abgasstrom eingesprüht. Anschließend gelangt die Mischung aus Abgasen und Flüssigkeitströpfchen durch den Schalldämpfer 13 über das Abgasleitungsstück 14 zum Raum 25. Hier schlagen sich an den Flüssigkeitsabscheideeinrichtungen 26 die Flüssigkeitströpfchen nieder. Die Flüssigkeit gelangt zum Sammelraum 21 und wird hier über den Einsatz 22 und das Gebläse 23 gekühlt und über die Pumpe 31 wieder in den Kreislauf zurückgeführt.

Durch das Injizieren der Flüssigkeitströpfchen in das Abgassystem und durch das Mischen dieser Tröpfchen mit den Abgasen wird die Dämpfung des Lärms des

Auspuffsystems auf drei Arten unterstützt.

(1) Die Flüssigkeit kühlt die Abgase auf eine Temperatur in Nähe der Umgebungstemperatur ab, so daß die Wellenlänge des Schalles geringer wild:

= Geschwindigkeit der Gase mit niedriger Temperatur (Tk) bzw. mit hoher Temperatur

λ = Wellenlänge (cm),

c = Schallgeschwindigkeit (cm/sec),

/ = Frequenz (Hertz)

Ein Motor, der mit einer bestimmten Drehzahl betrieben wird, erzeugt einen Auspufflärm mit einer bevorzugten Frequenz. Wird die Temperatur des Abgases erniedrigt, so wird dessen Schallgeschwindigkeit verkleinert Dies führt dazu, daß die Wellenlänge sich ebenfalls verkleinert, da die AuspuffschaH-Frequenz durch die Drehzahl der Maschine, genauer die Zündfrequenz, hervorgerufen wird:

c = 33 160/7>273,

T = Kelvintemperatur, in K.

Typische Wellenlängen für Abgas mit einer Schaltfrequenz von hundert Hertz liegen etwa bei 600 cm; das erfordert 150 cm lange Schalldämpferkammern (¹A Wellenlänge), um den Schall zu dämpfen. Die Kühlung des Abgases auf Umgebungstemperatur verringert die Wellenlänge auf ungefähr 300 cm, so daß nur noch 75 cm lange Kammern erforderlich sind. Damit wird eine wirkungsvollere Dämpfung durch den Schalldämpfer für niedrigere Frequenzen erreicht.

(2) Die Wassermasse, die in Tropfenform im Auspuffsystem verteilt wird, ergibt einen Absorptionseffekt für hochfrequenten Schall.

(3) Die Kühlung der Abgase verringert ihre Geschwindigkeit und damit die Auslaßgeschwindigkeit am Ende des Auspuffsystems zur Atmosphäre, so daß der Schall, der durch das Gas, das mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre entweicht, erzeugt wird, verringert wird. Die Geschwindigkeit verringert sich direkt proportional zur absoluten Temperatur des Gases:

T = Kelvintemperatur.

Mit der vorliegenden Vorrichtung mögen sich noch weitere Vorteile und/oder Effekte ergeben. Die drei obengenannten sind aber wohl die wichtigsten. Die Experimente zeigen weiterhin, daß bei Einspritzen von ίο X Litern Flüssigkeit pro Minute in das Auspuffsystem der Zahlenwert des 0,00213fachen des Produktes aus Leistung der Maschine in kW multipliziert mit der Querschnittsfläche des Auspuffrohres in cm², d. h.

0,00213 · kW · cm²

X sein soll. Unter diesen Verhältnissen ergibt sich ein guter Ausgleich zwischen Schalldämpfung und Rückstau des Auspuffsystems. Bei weniger als der Hälfte dieser Rate ergibt sich keine maximale Dämpfung und bei einer wesentlich größeren Rate ergibt sich ein übergroßer Rückstau, der die Dämpfung verringert.

Die in F i g. 1 dargestellte Austrittsöffnung 27 weist einen größeren Querschnitt als die Abgasleitung 12 auf, so daß diese Leitung wie ein Abzug und nicht wie eine unter Druck stehende Abgabeleitung wirkt

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist in die Leitung 14 eine Fiüssigkeitsabscheideeinrichtung 40 üblicher Bauart, beispielsweise als Zentrifugalabscheider, eingesetzt. Abgase treten durch einen Auslaß 41 zur Atmosphäre aus und die Flüssigkeit wird über eine Leitung 42 zu einem Kühler 43 geführt, von welchem aus Flüssigkeit über eine mit einem Ventil 45 ausgerüstete Leitung 44 zu einer Düse 46 geführt wird. Die Düse 46 (Fig.4) ist als Venturidüse ausgebildet, so daß die Pumpe vermieden wird.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform wird zusätzlich eine Leitung 51 vorgesehen, die mit einem Vorratstank 50 für Flüssigkeit in Verbindung steht, so daß verlorengehende Flüssigkeit stets ersetzt wird und der Flüssigkeitsspiegel in der vorgeschriebenen Höhe gehalten wird.

In F i g. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Der Kühler ist bei dieser Ausführungsform als Kühlturm 43c/ ausgebildet, so daß sich diese besondere Ausführungsform insbesondere für Kraftwerke eignet, bei denen ein Kühlturm außerhalb der eigentlichen Anlage aufgebaut sein kann.

Als Kühlflüssigkeit können Wasser, mit Additiven versetztes Wasser oder andere Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Auspuffanlage für eine Brennkraftmaschine, in deren Abgasleitung eine Düse eingebaut ist, die über eine Leitung aus einem Sammelraum Flüssigkeit in den Abgasstrom zerstäubt, wobei der Eindüsstelle im Strömungssinn des Abgases eine Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung nachgeschaltet ist und dieser ein mit Frischluft betriebener Kühler für die abgeschiedene Flüssigkeit, der zugleich den Sammelraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abgasleitung zwischen der Eindüsstelle und dem Abscheider ein Schalldämpfer (13) eingebaut ist und daß der aus dem Sammelraum geförderte Flüssigkeitsdurchsatz (Q)aer Gleichung

0=0,00213 Nq
genügt, wobei

Q — Flüssigkeitsdurchsatz in l/min,

N = Leistung der Brennkraftmaschine in kW und

q = Querschnitt der Abgasleitung (12) in cm².

2. Auspuffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung vom Sammelraum zur Düse eine Pumpe (31) vorgesehen ist.

3. Auspuffanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühler ein Kühlturm (43d) vorgesehen ist.

30