DE2245686A1 - Vorrichtung zum ableiten der verbrennungsgase von motoren an kraftfahrzeugen oder dergl - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Ableiten der Verbrennungsgase von Motoren an Kraftfahrzeugen oder dergl.
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ableiten der Verbrennungsgose von Motoren an Kraftfahrzeugen oder dergl. mit zumindest einem etwa koaxiol zu einer Auspuffleitung gerichteten Schalldämpfer.
• Derartige Vorrichtungen führen die aus dem Motor austretenden Verbrennungsgase unter gleichzeitiger Dämpfung der Auspuffgeräusche ab; der Gasdruck liegt beim stoßartigen Verlassen des Motors erheblich Uber dem Atmosphdrendruck, und es entsteht eine sich sait Schallgeschwindigkeit fortpflanzende Druckwelle im Abgasstro, welche dessen Homogenitdt start. Die dabei erzeugten Wechselströme verursachen jene Auspuffgerausche in einem breiten Frequenzbereich.
• Als Schalldämpfer können etwa sogenannte Reflexionsdämpfer Verwendung finden, in denen der Schall durch-ein Kammerlabyrinth -wandert. Insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik haben sich die Absorptionsdämpfer durchgesetzt, welche die Schallenergie durch Reibung an eine@ porösen Widerstandsstoff in Wärme umsetzen.
• Beide Schallddmpfersysteme - und auch die jene vereinenden sogenannten Kombinati@@ndämpfer - sind mit den Nachteil behaftet, die Motorleistung zufolge auftretender Massen- und Strömungswiderstände um etwa % zu drosseln. Zudem können unerwUnschte Resonanzen auftreten, welche die bekannte Knqttergeräusche erzeugen. Dieser Erscheinung wird durch Mehrtopfanlagen mit Vor- , Haupt undZoder Zwi schenschalldänpfsnl sowie inem Endschalldumpfer begegnet.
• Die derzeit verwendete Form fur Schalldtlmpfer Ast jene einer tonnenortigen oder zylindrischen Büchse mit beidends axial angeschweißten AuspuffleQungen. Den Innenraum füllt Glaswolle, Asbest oder ein anderer Widerstands- oder Schallschluckstoff aus. Diese Schalldämpfer haben sich sowohl hinsichtlich ibres Wirkungsgrades als auch in Bezug auf ihre Betriebssicherheit als mangelhaft erwiesen. Sie bieten - beispielsweise im Bereich ihrer motorseitigen Stirnwand - nicht genutzte Raumecken on, was zu große und damit unwirtschaftliche Volumina erforderlich werden läßt sowie eine ErhUhung von Baumaß und Etnbcugewicht zur Folge hatt da die Schalldämpfer vornehmlich von der Auspuffleitung getragen werden; führt das hohe Gewicht einerseite zu unerwünschten Schwingungen der gesamten Anlage und birgt anderseits die Gefahr eines Abreißens der Auspuffleitung/en in sich.
• Die weitere Folge kann ein erheblicher Schoden am Fahrzeug selbst sein.
• Als weitere Mangel bussen die langen Anwärmzeiten for Schalldämpfer großen Volumens sowie die entsprechend erforderlichen Trocknungszeiten fUr naß gewordene Schollschluckstoffe angesehen werden; insbesondere in den Endschalldämpfern sammelt sich Kondenswasser, das den Schallschluckstoff, z.B. Mineralwolle, durchnäßt und den Wirkungsgrad der Anlage mindert. Das Abfuhren dieses Kondenswassers - und gleichermaßen das Entfernen der sich im Schalldämpferinnenraum huufenden RUckstdnde - geschieht bei den zylindrischen, tonnenförmigen oder ähnlich gestalteten Schalldämpfern nur ungenügend.
• Angesichts dieser Gegebenheiten hat es sich der Erfinder zu@ Ziel gesetzt, die aufgezeigten Mangel an Vorrichtungen der eingangs umrissenen Art zu beheben und deren Wirkung weise sowie die Betriebssicherheit der damit ausgerüsteten Motoren zu erhöhen. DarUberhinaus soll die Auspuffanlage kostengunstig zu fertigen und ihr Schalldämpfer leicht auswechselbor sein.
• Zur Lösung dieser Aufgabe führt eine Vorrichtung zum Ableiten der Verbrennungsgase, bei welcher sich der Außenmantel des/der Schalldämpfer/s von einer in dessen/deren mittlerem Bereich vorgesehenen größten tiantelweite zu den beiden Enden hin verjungt, wobei der Außenmontel einerseits zum-motorfernen Ehde konisch ausgebildet ist und anderseits sein zum motorseitigen Ende gerichteter Grundriß beidseits der Mittelachse hogenförmig einwärts verläuft. Dabei entspricht vorteilhafterweise der Krummungsradius der bogenförmigen Konturen des AuBenmantels im Bereich seines motorseitigen Endes etwa einem Viertel der halben Mantellänge.
• Diese Form des Außenmantels vermeidet einerseits ungenutzte Raumecken und bietet anderseits einen strömungsgerechten Absasweg on. infolge der motorseitig vorgesehenen birnenortigen~ Ausformung des Außenmantels können sich die dort eintretenden Abgase, der schmiegenden Kurven führung folgend, im Schallschluckstoff bereits am Schalldampfereingang ausbreiten. Da der gesamte Innenraum des Schalldämpfers ausgenutzt wird, reichen - gegenüber herkömmlichen Schalldämpfern - geringere Baumasse zur Erzielung.
• einer zumindest gleichen Wirkung aus. Zum einen vermindert sich so das Eigengewicht erheblich, zum anderen erlaubt eine geringere Maximalweite des Schollddmpfers eine günstigere Einbaulage z.B. unter einem Kraftfohrzeugboden. Beide Maßnahmen mindern die Gefahr für die gesamte Anlage, in gesteigerte Schwingungen zu geraten, sowie die Möglichkeit eines Durchhanges der Auspuffleitung.
• Hinsichtlich der Größenverhdltnisse spricht die erfindungsgemäße Maßgabe fUr sich, daß das Verhältnis der halben Mantelldnge zur größten Weite des Schalldämpfers etwa 2 : 1 ist.
• Um eine kostengünstige Fertigung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers zu gewdhrleisten, ist der Außenmantel bevorzugtermaßen aus zumindest zwei langgestreckten Schalen im wesentlichen gleicher Ausgestaltung zusammengesetzt, deren Ldngskanten mit der i4ittelachse des Schalldampfers etwa in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Schalen sind entlang ihren Längskanten durch eine Bördelung aus beispielsweise einen Hakenglied sowie einem dieses teilweise umfassenden Gegenglied miteinander dicht verbunden. Vermöge dieser BUrdelung wird eine schnelle .und feste Verbindung der beiden Schalen erreicht.
• Dem Wunsch nach Senkung von Herstellungskosten wird insbesondere durch die Maßgabe Rechnung getragen, daß jede der Schalen an jeder ihrer Längskanten ein von einem Schalldtimpferende ausgehendes Hakenglied aufweist, welches etwa im Bereich der graten Mantelweite in ein Gegenglied Ubergeht, und daß dem Hakenglied jenseits der Schalldämpfer- bzw. Mantelmittelachse, d.h. am anderen Längsrand der Schale; ein Gecenglied gegenÜberliegt, das seinerseits im Bereich der größten Mantelweite in ein Hakenglied übergeht. Diese diagonale Anordnung der Haken- und Gegenglieder läßt eine einzige Schalen form fur den erfindungsgendßen Schalldämpfer ausreichen.
• Jeweils zwei der Schalen gleicher Form werden so spiegels bildlich zusammengefuhrt und mittels der Bbrdelung aneinander befestigt; eihe zusötzliche Verschweißung erübrigt sich zufolge der innigen Verbindung durch die Hakenglieder und ihre Gegen glieder.
• Es liegt im Rahmen der Erfindung, jede Schale mit einem ringsegmentartigen AnformstÜck zu versehen, so daß die An formstücke einander zu wenigstens einer axialen Manschette für die Auspuffleitung/en ergänzen. Diese Anformstücke - für zwei Schalen als halbkreisartige Halsteile ausgebildet werden zusammen mit den Schalen einstückig gepreßt oder in anderer Weise ausgeformt und bieten einen Traghals für die Auspuffleitung. Dabei hat es sich gezeigt, daß ein derartiger Traghals zur Stabilisierung der Anlage ausreicht, wenn er am motorseitigen Schalldämpferende vorgesehen wird, an dieser Seite besteht vor allem die oben geschilderte Ausbruchgefahz.
• Zur Ableitung des Kondenswassers reicht erfindungsgemo"ß eine einzige Öffnung am Schalldämpfertiefsten aus, die also in eine Schale im Bereich der größten Mantelweite eingefügt ist Durch diese Öffnung kann das Kondenswasser alle gegebenenfalls auftretenden Rückstände ausspülen; solche Rückstände treten bei dem beschriebenen Schalldämpfer verhältnismäßig wenig auf, da die gesamte Mantelinnenwand von den Abgasen bestrichen wird und diese auch schwerere Ausfdllungen oder dergl. mitreißen.
• Im Außenmantel des Schalldämpfers ist ein zu diesem koaxiales Siebrohr festgelegt, in welches erfindungsgemäß die AuspuffleitungXen und/ader Auspuffendrohre eingefügt und im Paßsitz festgelegt sind. Zusammen mit der Schalldämpfermanschette - die nur als Zusatzsicherung dient - hält dieser Paßsitz die gesamte Anlage aneinander - einer Schweißung bedarf es nicht. Dabei hängt es von der Dimensionierung der Anlage ab, ob das Siebrohr einen gleichbleibenden Durchmesser aufweist oder sich zu einem Ende hin verjüngt.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ruht zumindest in einem Ende des Siebrohres mit Preßsitz ein Zwischen rohr, auf welches das Auspuffrohr bzw. die Auspuffleitung aufgeschoben ist. In diesem Falle laßt sich die Auspuffleitung besonders gut vom Schalldämpfer lösen, ohne daß ein unerwtJnschtes Auseinanderfallen zu befürchten ware.
• Bevorzugtermaßen weist das Siebrohr zumindest an seinem motorseitigen Ende eine Quetschfulte oder eine entsprechende Querschnittsverengung auf, um den Abgasstrom zur Verwirbelung zu zwingen. Dabei hat sich eine besonders günstige Strömung önderung dann gezeigt, wenn der Abstand der Quetschfalte oder dergl. vom Siebrohrende etwa der Lange des Krümmungsradius für die bogenförmigen Konturen des Mantelgrundrisses entspricht.
• Gleichermaßen entsprechen sich bevorzugt die Lange jenes Krümmungsradius und der Siebrohxdurchmesser.
• Schalldämpfer der beschriebenen Art sind insgesamt erheblich stabiler als herkömmliche Auspufftöpfe gleicher Leistung und zudem wenigstens um 50% leichter.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfuhrungsformen sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in: Figur 1 : eine sogenannte Doppeltopf Auspuffanlage im schematischen Seitenriß; Figur 2 : eine Schrägsich in einen teilweise und vergrößert wiedergegebenen Schalldämpfer der Anlage gemäß Figur 1 ; Figur 2a: den Querschnitt durch Figur 2 nach Entfernen eines Teiles des Schalldampfers; Figur 3 : die Draufsicht auf einen geschlossenen Schalldämpfer sowie Figur 4 : dessen Langsschnitt im Aufriß.
• An die Zylinder 1 eines Mehrzylinder-Viertakt-Motors M schließen Auspuffkrümmer 2 eines Auspuffrohres bzw. einer Auspuffleitung 3 einer Doppeltopfanlage an; diese verhindert - im Gegensatz zu Anlagen mit einem einzigen Schalldämpfer -das Auftreten resonanzbadingter Knattergeräusche. So läßt Figur 1 nach einer Rohrldnge a einen Auspufftopf U und nach eine'r weiteren Rohrlänge b einen Enc!schalldömpfer V erkennen.
• Dabei ist die Rohrlänge a kleiner als 1. Schallgeschwindigkeit 6 höchste Zundungszahl je sec bei Nenndrehzahl und die Rohrldnge b entspricht 3. Schallgeschwindigkeit 4 höchste Zundungszahl je sec bei Nenndrehzahl bei einer Schallgeschwindigkeit von beispielsweise 500 bis 700 m/sec.
• Der zylindrische Auspufftopf U dient als Absorptionsdämpfer mit Mineralwolle als Schallschluckstoff 4 ; er gehört zu den sogenannten Tiefpaßfiltern, welche lediglich die hohen Frequenzen ( Uber 500 l-Iz) dämpfen.
• Auch der Endschalldämpfer V weist zwischen seinem Außenmantel 5 und einem in diesem axial verlaufenden Siebrohr 6 den mineralischen Schallschluckstoff 4 auf. Das Siebrohr 6 ist aus einem Lochblech gerollt, dessen Ausnehmungen 7 des Durchmessers d ( z.B. = 3 mm) in einem quadratischen Raster der Maschenweite i ( z.B. = 8,5 mm) und m ( z.B. = 5 mm) angeordnet sind.
• Im Abstand e vom motorseitigen Topfende 8 findet sich im Siebrohr 6 eine Ouetschfalte 1o mit einer Faltentiefe f von etwa einem Viertel des lichten Siebrohrdurchmessers O (z.B. 48 mm) am Gaseintrittsende 8 des Topfes oder Endschalldämpfers V.
• Das Siebrohr 6 verjüngt sich von hier aus zum motorfernen Austrittsende 9 geringfügig zu einem Durchmesser O2 ( z.B. 4o mm) im Verhältnis 6 : 5 . 4 0 9 8 1 51,00 1 9 In das Austrittsende 9 des Schalldämpfers V ist ein Endrohr 11 eingeschoben, entsprechend sitzt im Gaseintrittsende 8 ein Zwischenstück 12 für das Auspuffrohr 3 mit einer Einschublänge g von etwa 2/3 e . Paßschlitze in jenem Zwischenstück oder Zwischenrohr 12 sind mit 13 bezeichnet.
• Den Außenmantel 5 bilden zwei gleichgeformte Schalen 5 und 0 5b ' deren @@@@ entlang ihrer Ldngskanten 14, 15 einen Teil einer Bördelung 16 trögt. Figur 2a läßt an der rechten Längskante 14 der Schale 5b einen Dördelrand 1; hakenfönmigen Querschnittes erkennen, an der linken Längskante 15 eine als Gegenglied fUr den Bördelhaken - 17 der ergdnzenden 0 Schale 5a sich anbietende Bördelrinne 18b.
• Insbesondere die Figuren 3 und 4 verdeutlichen die Gestalt des aus den Schalen 5 und 5b zusammengesetzten Außenmantels 5 : dieser verläuft von seinem weitesten Durchmesser h ( z.B.
• 105 mm) bei 20 konisch zum Austrittsende 9, wohingegen er zum Gaseintrittsende 8 hin eine sich bogenförmig krümmende Kontur 21 zeigt, welche einen birnenartig ausgebildeten Teil mit der Symmetrieachse N erzeugt. Hier endet der Außenmantel 5 in einer Axialmanschette 22.
• Der Krümmungsradius r der Kontur 21 entspricht etwa einem Viertel der halben Topflänge k ( z.3. - 190 nm), welche iberseits erheblich kurzer ist äls vergleichbare ?-iaße herkömmlicher Auspufftöpfe.
• An der tiefsten Stelle der Schale 5b - in horizontaler Einaulage gesehen - ist eine Entwässerunsgöffnung 23 mit kurzem Schutzstutzen 24 vorgesehen.
• Schließlich läßt Figur 3 noch erkennen, daß sich in der Draufsicht die Bördelrinnen 18a bzw. 18b jeder Schale 5 bzw.
• 5b - jeweils bis zur tiitte 20 reichend - diagonal gegenüber liecen.

Claims (9)

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Vorrichtung zum Ableiten der Verbrennung'sgase von Motoren an Kraftfahrzeugen oder dergl. mit zumindest einem etwa koaxial zu einer Auspuffleitung gerichteten Schalldämpfer, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Außenmantel (s) des Schalldämpfers (V) von einer in dessen mittlerem Bereich (20) vorgesehenen größten Mantelweite (h) zu seinen Enden hin verjüngt, wobei der Außenmantel einerseits zum motorfernen Austrittsende (9) konisch ausgebildet ist und anderseits sein zum motornahen Eintrittsende (uO) gerichteter Grundriß beidseits der Mittelachse (N) bogenförmig einwdrts verlauft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kuümmungaradius (r) der bogenförmigen Grund@ißkontur des Außenmantels (5) im Bereich des Eintrittsendes (8) etwa einem Viertel der' halben Mantellänge (k) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, doß das Verhdltnis der halben Mantelldnge (k) zur größten Mantelweite (h) etwa 2 : 1 ist.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (5> des Schalldämpfers (V) zumindest aus zwei gestreckten Schalen (5a;5b) gleicher Gestalt zusammengesetzt ist, deren Längskanten (141.

15) mit der Mittelachse (N) des Schalldämpfers in einer meinsamen Ebene ließen.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine die beiden Schalen ( @a; 5b) entlang den Längskanten (4,15) dicht verbindende Sördelung (16) aus einem Hakenglied (17) und einem dieses teilweise umfassenden Gegenglied (18).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schale ( 5a bzw. 5b) an jeder ihrer Längskanten (14,15) ein von einem Schalenende ausgehendes @akenglied (17 bzw.

17b ) aufweist, welches etwa im Bereich (20) der größten Mantelweite (h) in ein Gegenglied (loa bzw. 1 18b) der Schale übergeht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, doß jedem Hakenglied (17) einer Schale (5a;5b) jenseits von deren Mittelachse (N) ein Gegenglied (18) gegenüberliegt.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an zumindest einem Ened (8,9) jeder Schale (5a;5b) an dieser ein ringsegmentartiges Anformstück vorgesehen ist , welches die Anformstücke der anderen Sohalen des Schalldämpfers (V) zu einer axiolen Manschette (22) für die Auspuffleitung (3) erganzen,

9. Vorrichtung nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Einbauzustand des SchaLldämpfers (V) bodenwärts weisende Schale (5b) an ihrer tiefsten Stelle eine Auslaßöffnung (23) fUr Konaenswosser oder dergl. aufweist.

lo. Vorrichtung nach wenigstens einem der Anspruche 1 bis 9, daß in ein an sich bekanntes, in Außenmantel (5) I;oaxial verlaufendes Siebrohr (G) Auspuffleituns/en undioder ein motorfernes Endrohr (11) im Preßsitz eingefügt sind.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Anspruche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in ein an-sich bekanntes, im Außenmantel (5) etwa koaxial verlaufendes Siebrohr (6) zumindest ein Zwischenrohr (12) zur Verbindung des Schalldämpfers (V) mit der Auspuffleitung (3) und/oder einem Endrohr (11) mit Preßsitz eingefugt ist.

12. Vorrichtuneg ac wenigstens einem der Anspruche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb rohr (6) zumindest am Eintrittsende (8) des Schalldämpfers (V) eine Quetschsfulte (io) oder dergl. Querschnittsverengungen aufweist.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstecktiefe (g) der Auspuffleitung (3) oder des Zwischenrohres (12) geringer ist als der Abstand (e) der Quetsch falte (lo) oder dergl. vom benachbarten Eintrittsende (8) des Schalldämpfers (V).

14. Vorrichtung nach @wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein vom Eintrittsende (8) sich konisch verjüngendes Siebrohr (6).