DE2225028A1

DE2225028A1 - Auspuffschalldämpfer und Funkenfänger

Info

Publication number: DE2225028A1
Application number: DE19722225028
Authority: DE
Inventors: Paul S. Davis Calif. Moller (V.StA.)
Original assignee: Discojet Corp
Current assignee: Discojet Corp
Priority date: 1971-06-18
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1972-12-21
Also published as: ES402566A1; CA939993A; GB1345844A; AU4165272A; JPS5129256B1; US3672773A

Description

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PATENTANWÄLTE
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Disco jet Corporation, Davis / California. (V.St.v.A.)

Auspuffschalldämpfer und Funkenfänger

Gegenstand der Erfindung ist ein Auspuffschalldämpfer und ein Funkenfänger für Brennkraftmotore.

Brennkraftmotore erzeugen einen pulsierenden Auspuff, dessen veränderliche Frequenz von der Motordrehzahl abhängt, und der Auspuff enthält nicht nur die Auspuffgase des Motors'sondern auch akustische Wellen mit weitgehend veränderlicher Frequenz und Intensität sowie glühende Kohlepartikel und dergleichen· Es wird in immer größeren Ausmaß erforderlich, diese drei Faktoren unter Kontrolle zu bringen. Es kann nicht zugelassen werden, dass heiße oder glimmende Kohlepartikel in die TJmgebungsluft entweichen und besonders dann nicht, wenn, das Fahrzeug oder der iiaotor in einer Umgebung befindet, in der Brandgefahr besteht.

Die gasförmige Auspuffkomponente solle so nahe wie möglich in einer ungefährlichen Richtung und vorzugsweise so kühl wie möglich abgelassen werden. Die akustische Komponente muss weitgehend gedämpft werden ohne den Hückdruck für den Motor wesent-

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licii zu erhöhen, wobei erwünscht er maß en diejenigen Frequenzen gedämpft werden sollen, die besonders intensiv und beständers lästig sind»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Auspuffschalldämpfer und einen funkenfänger zu schaffen für einen Brennkraftmotor, wobei alle drei genannten Komponenten sorgfältig und wirksam unter Kontrolle gebracht werden, der einen einfachen Aufbau aufweist, mit verhältnismäßig niedrigen Kosten angefertigt, und der ohne Schwierigkeiten repariert oder ersetzt werden kann, und ferner kann der erfindungsgemäße Schalldämpfer bei- vielen Brennkraftmotoren verwendet werden, ohne an deren Auspuffrohre wesentliche Änderungen vornehmen zu müssen.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

tfigβ 1 eine zum Teil als Schnitt, gezeichnete Seitenansicht eines an der Gebrauchsstelle befestigten AuspuffSchalldämpfers und F-unkenfängers, wobei der Schnitt nach der Linie 1-1 in der Fig.4 gezeichnet ist,

Pig.2 eine Seitenansicht eines Teiles des Innenaufbaus des Schalldämpfers, von der Linie 2-2 in der Figd aus gesehen,

Fig.3 eine Seitenansicht eines anderen Teiles des Innenaufbaus des Schalldämpfers, von der Linie 3-3 in der i'ig.1 aus gesehen,

Fig. 4 eine zum Teil als Schnitt nach der Linie 4-4 in der-Pig»! gezeichnete Darstellung des Schalldämpfers nach der Erfindung,

Fig.5 eine Seitenansicht des in der Fig.4 dargestellten Aufbaus und die

Fig.6 eine Darstellung einer Einzelheit des in der Figo5 dargestellten Aufbaus, von der Linie 6-6 in der Fig.5 aus gesehen.

Der Schalldämpfer nach der Erfindung wird an einem bei Brennkraftmotoren im allgemeinen vorgesehenen Auspuffrohr 6 befestigt, das in der Fig.1 nur mit unterbrochenen Linien dargestellt ist,

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da es keinen Teil der Erfindung bildet. Wenn erforderlich, kann ein auf das Auspuffrohr aufgesetztes Anpassungsstück 7 vorgesehen werden, das einen Teil des an sich wichtigen Schalldämpfers bilden kann. Das Anpassungsglied 7 wird oftmals etwas verengt ausgestaltet, um die Geschwindigkeit der Auspuffgase usw. zu erhöhen. Wird ein Anpassungsglied 7 benutzt, so wird es z.B. durch Anschweißen bei 8 am Einlassrohr 9 des Schalldämpfers befestigt. Dieses Einlassrohr 9 sitzt im Anpassungsglied 7 (oder im Rohr 6, wenn kein Anpassungsglied verwendet wird, und besteht geeigneterweise aus einem Metallblechrohr mit verhältnismäßig schwachen Wandungen. Am Einlassrohr ist beispielsweise durch Anschweißen bei 12 eine Öse 11 befestigt, die selbst als Befestigungsmittel für den Schalldämpfer an der Gebrauchsstelle dient.

Der Hauptkörper des Schalldämpfers besteht aus einem scheibenförmigen Gehäuse, das zum Teil von einer kreisrunden und zylindrischen Wandung 13 begrenzt wird, die konzentrisch zu einer Querachse 14 verläuft und mit einer Öffnung 16 versehen ist, an die sich das Rohr 9 anschließt■> Das Rohr 9 ist am Ende aufgeweitet und an der Innenseite der Yifandung 13 durch Punktschweißung (nicht dargestellt) befestigt, so dass das Rohr 9 mit dem Gehäuse eine Einheit bildet, wobei die Achse 17 des Rohres vorzugsweise tangential· zu einem zur Achse 14 konzentrischen Kreis verläuft. Die eine Grenzkante des Rohres 9 verläuft geeigneterweise auf einem Durchmesser der Gehäusewandung 13.

Das Gehäuse wird ferner von einer ersten Stirnwandung 18 gebildet, die vorzugsweise aus einer im wesentlichen ebenen Metallblechscheibe mit einem nach oben abgebogenen Plansch 19 besteht, der eine axial verlaufende Öffnung 21 mit einervorher~ bestimmten Weite umgrenzt, die ungefähr dem Durchmesser des Rohres 9 entspricht. Obwohl die Stirnwandung 18 mit der kreisrunden zylindrischen Wandung 13 einstückig hergestellt werden kann, so ist jedoch ein besonderes Bauteil vorzuziehen und die kreisrunde zylindrische Wandung 13 aufzuweiten.· Hierbei wird ein kegelförmiger Teil 22 erzeugt, auf den der Rand 23 der Scheibe 18 aufgepresst wird, wobei in der Auswirkung eine dauerhafte Abdichtung hergestellt wird. Ist diese Aufpressverbindung nur schwach, dann kann die Stirnwandung 18 für einen Zugang

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zum Innenraum des Schalldämpfers entfernt werden; jedoch wird eine dauerhafte Pressverbindung im allgemeinen vorgezogen.

Der Plansch 19 sitzt mit schwachem Pressitz auf einem konzentrischen kreisrunden zylindrischen Rohr 24 oder ist an dieses der Dauerhaftigkeit wegen durch Punktschweißung angeschweißt, welches Rohr vorzugsweise aus Metallblech besteht und längs der Achse 14 verläuft. Das Gehäuse weist ferner eine zweite Stirnwandung 26 auf, die im vorliegenden Palle geeigneterweise mit der kreisrunden zylindrischen Wandung 13 einstückig hergestellt wird. Diese zweite Stirnwandung 26 ist allgemein eben ausgestaltet und verläuft senkrecht zur Achse 14 und ist ferner mit einem nach innen umgebogenen Rand 27 versehen, der eine zur Achse konzentrisch verlaufende Öffnung 28 umgrenzt, die wesentlich weiter bemessen ist als die Öffnung 21 und das Rohr 24 so aufnimmt, dass ein ringförmiger Spalt 31 bestehen bleibt»

Nach der Erfindung ist im Gehäuse eine spiralförmig verlaufende Wandung 33 vorgesehen, deren Anfangsteil 34 im wesentlichen eben ausgestaltet ist, sich von der ersten Stirnwandung 18 bis zur zweiten Stirnwandung 26 erstreckt und mit einer Zunge 35 versehen ist, die mit der kreisrunden zylindrischen Wandung 13 vereinigt ist, so dass in der Auswirkung der ebene Teil 34 im wesentlichen bis zur Randkante der Öffnung 16 verläuft. Der Teil 34 kann gleichfalls einen Teil der Spirale bilden; es wird jedoch vorgezogen, diesen Teil im wesentlichen eben auszugestalten und geradlinig. Da jedoch auf den spiraligen Verlauf dieser Wandung Wert gelegt wird, so setzt sich der Ebene Teil in den spiralig verlaufenden Teil 37 fort, dessen Abstand von der kreisrunden zylindrischen Wandung 13 nach innen zu sich stetig vergrößert. Der Teil 37 erstreckt sich über ungefähr drei Viertel einer Windung der Spirale, die um die Achse 14 herum erzeugt wird. Die genaue mathematische Ausgestaltung der Spirale ist zwar von Interesse, braucht jedoch innerhalb der für eine derartige Vorrichtung zulässigen Toleranzen nicht genau eingehalten zu werden, da eine Vereinfachung der Herstellung gleichfalls wichtig ist. Die Wandung weist in jedem Falle die in der Fig.1 dargestellte Spiralform auf.

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liit dem innen gelegenen Ende der spiralig verlaufenden Wandung 33 ist eine Abstützwandung 36 verbunden, die in Richtung einer Sehne zur Außenwandung 13 verläuft. Diese Abstützwandung wird vorzugsweise am innen gelegenen Ende mit der spiralig verlaufenden Wandung vereinigt, während am außen gelegenen Ende ein Plansch 37 vorgesehen ist, der an der-Außenwandung 13 verankert ist. ü'in ü'uß 38 der Abstützwandung 36 ist an der zweiten Stirnwandung 26 befestigt, während ein an der Abstützwandung 36 vorgesehener flansch 39 beim Zusammenbau fest gegen die erste Stirnwandung 18 gepresst wird, Der flansch 39 federt etwas zurück, so dass ein fester Eingriff hergestellt wird.

Kach der Erfindung soll die spiralförmig verlaufende Wandung 33 entweder aus einem Metallsieb bestehen oder aus einem perforierten ketallstreifen, wobei die Perforationen verhältnismäßig engsind, jedoch ungefähr die Hälfte der gesamten Fläche des Streifens besetzen, so dass eine Strömung durch den Streifen von der einen Seite zur anderen stattfinden kann. Die von den beiden Stirnwandungen, der Außenwandung und der spiralförmig verlaufenden Wandung 33 begrenzte Kammer wird mit einem schalldämpfenden Material 42 gefüllt, z.B. mit Glasfasern, Asbest oder dergleichen.

In einer bestimmten Beziehung zur spiralförmig verlaufenden iVandung 33 ist im Gehäuse eine Umlenkwandung 43 mit einem ebenen Anfangsteil 44 vorgesehen. Die Wandung 43 erstreckt sich bis zu den beiden Stirnwandungen 18 und 26 und ist mit Hilfe einer Zunge 45 an der ,Vandung 13 nahe am Rand der Öffnung 16 befestigt. Der ebene Teil 44 setzt sich in einem spiralförmig verlaufenden Teil 46 mit einem Fußflansch 47 fort, der an der angrenzenden Stirnwandung befestigt ist, welcher Wandungsteil 46 nach einer Erstreckung über ungefähr ein Drittel einer Windung ungefähr auf einem Durchmesser des Gehäuses endet.

Im Gehäuse ist ferner eine Leitwandung 48 angeordnet, die sich bis zu den Stirnwandungen erstreckt und spiralförmig verläuft. Die Leitwandung stößt an dem einen Ende auf die Wandung 43 und ist am anderen Ende bei 49 zurückgebogen, welche Umkehrsteile von der spiralförmig verlaufenden Wandung 33 einen Abstand aufweist, wobei ein Spalt 51 gebildet wird.

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Die Umkehrsteile 49 bildet ferner das eine Ende einer Führungswandung 56, die sich bis zur Umlenkwandung 43 erstreckt und den Zwischenraum zwischen den beiden Stirnwandungen überspannt. Die Wandung 56 bildet zusammen mit der Abstützwandung 36, der

kreisrunden zylindrischen Wandung 13 und den Stirnwandungen eine Kammer 57» die von außen her nach Entfernen eines Stopfens 58 zugänglich ist.

Obwohl der.soweit beschriebene Schalldämpfer zufriedenstellend wirkt, so ist jedoch der Einbau eines zusätzlichen Gliedes vorzuziehen. Y/ie aus den Figuren 4 und 5 zu ersehen ist, ist das Rohr 24 hinter der Öffnung 28 etwas aufgeweitet und an einem sich nach innen zu verengenden Hals 61 an einer Auslassplatte befestigt, die im wesentlichen eben ist und konzentrisch zur Achse 14 verläuft. Der Hauptkörper der Auslassplatte weist von der Stirnwandung 26 einen Abstand auf, ist jedoch an dieser befestigt.

Teile der Auslassplatte sind zusätzlich mit einer Anzahl Versteifungsrippen 63 versehen, die an der Wandung 26 befestigt sind, wodurch Hohlräume gebildet werden, die eine Verbindung mit dem ringförmigen Kanal 31 aufweisen und die am Hand der Auslassplatte 62 enden. Es kann jede geeignete Anzahl von Rippen 63 vorgesehen werden. Im vorliegenden falle wurden sechs solcher Rippen für geeignet gehalten, die vorzugsweise so angeordnet werden, dass deren Achsen im wesentlichen tangential zur »Vandung des Rohres 24 verlaufen»

Im Betrieb werden die dem Auspuffrohr 6 entströmenden Verbrennungsgase im Anpassungsglied, wenn ein solches verwendet wird, beschleunigt, vom Einlassrohr 9 aufgenommen und strömen allgemein längs der Achse 17. Eine durch die unterbrochene Linie 66 dargestellte besondere Schallwelle tritt in axialer Richtung in den Schalldämpfer ein und stößt gegen die Umlenkwandung 43, im besonderen gegen deren ebenen Teil. Die Wandung 43 ist insbesondere so schräg angeordnet, dass sie als Reflektor wirkt besonders für Schallwellen, die der optischen Re^eI folgen, dass der Einfallswinkel gLeich dem Ausfallswinkel ist. Die Wundung 43 reflektiert die Schallwellen nicht in das üinlassrohr 9 zurück sondern vielmehr in das Gehäuse hinein. Da die Schallwelle ι/

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mit den im vorliegenden Falle in Betracht kommenden Frequenzen optischen Gesetzen folgen, so wird die über den Pfad 66 eintretende Schallwelle reflektiert, wie durch die unterbrochene Linie 66 dargestellt ist und verläuft in Form einer Zick-zack-Linie zwischen den Wandungen 43 und 33» wobei die Reflexionswinkel von Stelle zu Stelle verschieden groß sind, und wobei die Bahn der Schallwellen sich der Länge nach von Stelle zu Stelle verändert.

Da die Wandung 33 perforiert ist, so durchdringt die Schallwelle bei jedem Aufprall auf die Wandung 33 die Perforationen und wird im schallschluckenden Material 42 zufallsweise vielfach reflektiert, wobei ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird und keinen Schall mehr erzeugt. Der schließlich noch übrigbleibende lest der Schallwellenenergie wird durch die ringförmige Öffnung 31 und durch die Auslässe zwischen den Rippen in die Umgebungsluft abgeführt und zerstreut, so dass die Schallerzeugung wesentlich vermindert wird.

Die einströmenden Auspuffgase verfolgen eine Strömungsbahn, die bestimmt wird von den Wandungen 33 und 43 und deren Fortsetzungen, so dass die Gase längs der Pfeile 67 zu strömen suchen, bid der größte Teil der Gase der Umkehrstelle 49 erreicht. Da die Kammer 57 geschlossen ist und keinen Auslass aufweist, so strömen die Gase nicht durch den Spalt 51 sondern vielmehr an der Innenseite der Leitwandung 48 entlang, über das Rohr 24 hinweg und durch die Auslassöffnung 31 sowie durch die Auslässe zwischen den Rippen 63 in die Umgebungsluft. Die Gase verlassen den Schalldämpfer in einem scheibenförmigen Strömungsmuster und in verschiedenen Richtungen.

Die in den Auspuffgasen hauptsächlich enthaltenen Kohleoder heiße oder glühende Partikel weisen eine wesentliche Masse auf und werden daher unter der Einwirkung der Fliehkraft gegen die Außenwandung 33 des spiralförmigen Strömungskanals geschleudert und strömen an der Innenseite der Wandung 33 entlang, bis die Partikel die Umkehrstelle 49" erreichen. Da in dieser Zone die verhältnismäßig schweren Partikel eine radial nach außen gerichtete Beweßurigskomponente aufweisen, so verfolgen sie nicht die durch die pfeile 67 gekeimzeichnete Bewegungsbahn sondern

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werden durch den Spalt 51 hindurch gegen die Wandung 56 geschleudert und von dieser umgelenkt, so dass die Partikel schließlich sich nahe am Boden an einer Stelle absetzen, an der sie nach dem Herausziehen des Stopfens 58 aus dem Schalldämpfer entfernt werden können.

Bei der beschriebenen Anordnung wird die Schallkomponente der Auspuffgase vom Einlassrohr aus vielfach reflektiert, wobei der größte Teil der Energie von dem schallschluckenden Material, wie Glasfasern, in "Wärme umgewandelt wird, während die Auspuffgase selbst eine nach innen gerichtete spiralig verlaufende Strömungsbahn verfolgen und schließlich durch eine Anzahl im wesentlichen radial verlaufender Auslässe in die Umgebungsluft abgeführt. Pur den Aufprall der Auspuffgase steht eine große Metallfläche zur Verfügung, die die Wärme in die Umgebungsluft ableiten, und ferner werden die in den Auspuffgasen enthaltenen festen Partikel, die in Form von Funken für die Umwelt gefährlich werden können, aufgrund der Fliehkraft abgesondert und in eine abgetrennte Kammer befördert, aus der die Partikel gefahrlos entfernden können.

Wie die Praxis gezeigt hat, wird der hörbare Teil der Auspuff strömung selbst in ruhiger Umgebung auf einen nicht mehr lästigen Pegel vermindert, während die feststoffpartikel mit einer feuergefährlichen Größe abgeschieden und nicht in die .ümgebungsluft befördert werden, so dass die Auspuffgase selbst durch den Schalldämpfer unter besseren Bedingungen strömen, so dass ein Druckmesser einen wesentlich schwächeren Hückdruck im Auspuff des Motors anzeigt im Gegensatz zu dem Rückdruck, der ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers erzeugt wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Auspuffschalldämpfer und Funkenfänger für einen mit einem Auspuffrohr versehenen Brennkraftmotor, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer kreisrunden zylindrischen Wandung, einer in der Mitte gelegenen Achse und mit einer Öffnung, durch ein Einlassrohr, das eine Achse aufweist und mit dem Gehäuse am Rand der genannten Öffnung vereinigt ist, durch eine zur genannten Achse senkrecht verlaufende erste Stirnwanciung, die eine Verbindung mit der kreisrunden zylindrischen Wandung aufweist sowie eine, axiale Öffnung mit einer vorherbestimmten Weite, durch eine zur genannten Achse senkrecht verlaufende zweite Stirnwandung, die eine Verbindung mit der kreisrunden zylindrischen Wandung aufweist sowie eine Öffnung, deren Weite größer ist als die genannte vorherbestimmte Weite, durch ein im Gehäuse koaxial zu diesem angeordnetes Rohr, das an dem einen Ende im Eingriff steht mit der ersten Stirnwandung am Rand der genannten Öffnung, und dessen anderes Ende durch die genannte Öffnung an der zweiten Stirnwandung mit Abstand vom Rand der Öffnung hindurchgeführt ist, durch eine im Gehäuse auf dessen Achse eingemittete spiralig verlaufende Wandung, die sich im wesentlichen bis zur ersten und zur zweiten Stirnwandung erstreckt und an dem einen Ende an der kreisrunden zylindrischen wandung nahe am Rand der genannten Öffnung endet, und die am anderen Ende nach ungefähr drei Vierteln einer ,/indung endet, welche spiralig verlaufende Wandung von der kreisrunden zylindrischen Wandung einen Abstand aufweiset, durch eine Abstützwandung, die sich im wesentlichen bis zur ersten und zur zweiten Stirnwandung erstreckt sowie vom genannten anderen Ende der spiralig verlaufenden Y/andung aus bis zur kreisrunden zylindrischen Wandung, durch eine Umlenkwandung, die sich im wesentlichen bis zur ersten und zur zweiten Stirnwandung erstreckt, an dem einen Ende an ubt- kreisrunden zylindrischen Wandung nahe am Rand der

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genannten Öffnung endet und einen ebenen Teil aufweist, der vom genannten Rand aus im wesentlichen schräg zur Achse der genannten Öffnung verläuft, und der feststoffe und Energie reflektiert, axe in das Gehäuse und durch die genannte öffnung und durch das Einlassrohr gegen die spiralig verlaufende vüandung strömen, welche Umlenkwandung ferner einen gekrümmten Teil aufweist, der vom Snde des ebenen Teiles aus über im wesentlichen einer Vierfcelwindung verläuft, und durch eine Stauwandung, die im wesentlichen bis zur ersten und zur zweiten Stirnwandung verläuft und einen spiralig verlaufenden Teil aufweist, der sich von einer vom Ende der spiralig verlaufenden Wandung radial einwärts gelegenen Stelle aus unter Bildung eines Spaltes bia zur Übergangsstelle zwischen dem genannten ebenen Teil und dem gekrümmten Teil erstreckt.

2ο Schalldämpfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zum genannten Rohr senkrecht gelegene Auslassplatte mit Teilen, die von der zweiten Stirnplatte einen Abstand aufweisen, und die mit dem anderen Ende des Rohres in Verbindung steht.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte spiralig verlaufende «andung perforiert ist, und dass in dem Raum zwischen der spiralig verlaufenden Wandung und der kreisrunden zylindrischen ,vandung ein schallschluckenrles Material angeordnet ist.

4» Schalldämpfer nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Auslasstopfen im Gehäuse zwischen der Abstützwandung und der Umlenkvrandung.

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