DE2258686A1

DE2258686A1 - Schalldaempfer und auspufftopf fuer schneemobile

Info

Publication number: DE2258686A1
Application number: DE19722258686
Authority: DE
Inventors: Gerald G Shank
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-11-30
Publication date: 1973-06-28
Also published as: US3786890A; JPS4867637A; IT976412B; ES408645A1; FR2165612A5; SE390436B; GB1357509A; CA967829A

Description

Textron Inc., Providence, 10 Dorrance Street, Rhode Island V. St. A.

"Schalldämpfer und Auspufftopf für Schneemobile"

Die Erfindung bezieht sich auf Schalldämpfer für Schneemobile und insbesondere auf eine kombinierte Konstruktion eines Schalldämpfers und Auspufftopfes, der an die Auspuff leitungen eines Dreizylinder-Zweitakt-Schneemobils angeschlossen werden kann.

Die meisten Schneemobile sind heute mit Zweitaktmaschinen ausgerüstet, da diese Maschinen ein günstiges Leistungs-Gewicht sverhältnis aufweisen. Während der ersten Jahre der Entwicklung von Schneemobilen waren die Verbraucher mehr an

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einer hohen Leistungsfähigkeit, als an einer ruhigen Arbeitsweise der Maschine interessiert. Heute wird jedoch von der Öffentlichkeit und von den Kontrollbehörden die Herstellung von ruhigeren Maschinen verlangt. Obgleich Schneemobile eine große Zahl von Lärmquellen aufweisen, entsteht der größte Lärm jedoch durch den Auspuff des Motors. Es ist nicht schwierig, einen Schalldämpfer zu schaffen, der den Auspufflärm dämpft, aber ein Schalldämpfersystem, das nicht genau ausgelegt ist, verringert in erheblichem Maße die Leistungsfähigkeit der Maschine. Es ist in der Technik bekannt, daß die Art des Schalldämpfersystems ganz wesentlich die Leistungsfähigkeit einer Zweitaktmaschine beeinflussen kann. Daher ist es erwünschenswert, ein Schalldämpfersystem zu schaffen, das nicht nur den Auspuff lärm dämpft, sondern gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Maschine verbessert.

Es sind bisher viele Schalldämpfersysteme in Verbindung mit Zweitaktmaschinen benutzt worden, um die Leistungsfähigkeit zu verbessern. So ist es beispielsweise bekannt, daß geradlinige Röhren, konische Rohre genannt "Megaphone" und abgestimmte Röhren zu unterschiedlichen Maschinencharakteristiken führen. Die Theorie der Ausbildung und Benutzung dieser verschiedenen Schalldämpfersysteme ist weitgehend entwickelt. So sind diese ver-

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schiedenen Systeme und die Theorien ihrer Arbeitsweise in einem Artikel zusammengefaßt, der lautet: "Better Breathing Improves Two-Strohe Engine !Power·" SAE Journal, July 1970 CJ. Schäfer, Textron Inc.). In diesem Artikel wird auch ausgeführt, daß die gewünschte Druckfolge an der Maschinenauspuffseite bei einer Dreizylindermaschine dadurch erreicht werden kann, daß die drei Auspuffleitungen in eine Sammelleitung zusammengeführt werden. In dem Artikel wird weiterhin ausgeführt "Die Auspuffleitung eines Zylinders öffnet sich' gerade bevor sich die des vorhergehenden Zylinders schließt. Durch dichten Anschluß der drei Auspuffleitungen in eine Sammelleitung erreicht der Druck jedes AuspuffStoßes den vorhergehenden Zylinder zu dem genauen Zeitpunkt, um eine Überlagerung zu erreichen. Darüber hinaus ist dieser Effekt relativ unabhängig von der Maschinengeschwindigkeit. Diese Methode wird als "pulse-Charging" bezeichnet" . Der Artikel gibt keinen Hinweis auf eine besondere Konstruktion, um dieses "pulse-Charging" (Impulsüberlagerung) zu erreichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schalldämpfersystem für eine Dreizylinder-Zweitaktmaschine geschaffen, durch welches die Leistungsfähigkeit der Maschine durch die Benutzung der "Impuls-Überlagerung" verbessert wird, wobei gleichzeitig eine weitgehende Lärmverringerung erzielt wird. Zur Erzielung einer guten Leistung'ist-es

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erforderlich, einen Auspuffsammeltopf zu benutzen, der drei Rohre gleicher Größe und Länge aufweist, von denen je ein Ende an eine Auspuffleitung angeschlossen ist, wobei die anderen Enden an eine gemeinsame Leitung angeschlossen sind, die zum Schalldämpfer führt. Die Maschinenleistung wird weiterhin dadurch verbessert, daß ein Auspuffeinlaßrohr vorgesehen wird, das eine bestimmte Länge aufweist, und das zwischen die gemeinsame Verbindung und den Schalldämpferkörper eingeschaltet ist. Ein Paar von Auspuffleitungen sind an dem Schalldämpferkörper angeordnet, um die Auspuffgase abzugeben.

Die vorliegende Erfindung schafft die Verbindung zwischen dem gewünschten Effekt eines Megaphons, wodurch die Abgabeleistung einer Maschine über einen großen Leistungsbereich verbessert wird, und einem abgestimmten Rohr, welches eine höhere Maschinenausgangsleistung, aber nur über einen relativ engen Leistungsbereich der Maschine, schafft. Die vorliegende Erfindung verbessert sowohl die Spitzenleistungsfähigkeit einer Maschine mit einem abgestimmten Rohr, während gleichzeitig die breite Leistungscharakteristik eines Megaphons beibehalten wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.

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Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schneemobils mit einem Dreizylinder-Zweitaktmotor und einem Schalldämpfer sy stern, wobei einige Teile weggebrochen und einige Teile im Schnitt gezeichnet sind,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Frontansicht auf die Maschine und den Schalldämpfer gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 in Fig. 2, wobei einige Teile aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie 4-4 in Fig. 2, wobei ebenfalls einige Teile nicht dargestellt wurden,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Schalldämpfer unter Entfernung einiger Teile, und

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines Vergleichs zwischen Leistung und Maschinenumdrehungszahl für eine typische Zweizylindermaschine mit verschiedenen AuspuffSystemen.

In Fig. 1 ist allgemein mit Io ein Schneemobil dargestellt, mit einem Antriebselement 11, steuerbaren Frontskis 12 und einem im vorderen Bereich des Fahrzeuges angeordneten Maschinenraum 13, der durch eine untere Wand 14 abgeschlossen wird. Im Maschinenraum 13 ist eine Dreizylinder-Zweitaktmaschine 16 vorgesehen, wobei jeder Zylinder eine eigene AuspuffÖffnung aufweist. An der Frontseite der Maschine 16 im Maschinenraum 13 ist eine Schalldämpfer-

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anordnung vorgesehen, die einen Auspuffsammler 17 und einen Schalldämpfer 18 aufweist.

Der Auspuffsammler 17 umfaßt drei Rohre 19, 2o und 21, von im wesentlichen gleichem Durchmesser und gleicher Länge, wobei jedes Rohr mit einem Ende an einer der Auspuff öffnungen über entsprechende Flansche 19a, 2oa und 21a angeschlossen ist. Die anderen Enden der drei Rohre sind miteinander in einem gemeinsamen Sammler 2 2 zusammengefaßt, der eine obere Einlaßöffnung und eine untere Auslaßöffnung aufweist, wie dies in Fig. 4 gut zu erkennen ist. Der Sammler 22 ist allgemein als Kugelkörper ausgebildet, mit abgeschnittenen Kugelkalotten, wobei diese Kugelkalotten den gleichen Abstand vom Zentrum aufweisen. Aus Fig. 4 ist zu erkennen, daß der Sammler 22 eine imaginäre Achse aufweist, die sich durch das Zentrum des Einlasses und Auslasses erstreckt, wobei die drei Sammelleitungen 19, 2o und 21 an die obere Einlaßöffnung des Sammlers 22 unter verschiedenen Winkeln gegenüber dieser imaginären Achse angeschlossen sind. Vorzugsweise beträgt dieser Winkel zwischen dem oberen Teil der imaginären Achse und jedem der Rohre 19, 2o und 21 etwa 45 oder weniger. Die Auspuffgase werden auf diese Weise durch die Rohre 19, 2o und 21 im wesentlichen nach unten durch den Sammler 22 geführt, und nicht zu einem der öffnungen der anderen Rohre. Es soll noch einmal darauf hingewiesen werden, daß

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die Rohre 19 , 2ο und 21 im wesentlichen gleiche Längen aufweisen, so daß der Reinigungseffekt und der Impulsüberlagerungseffekt für alle drei Zylinder im wesentlichen gleich ist.

Der langgestreckte hohle Schalldämpfer 18 erstreckt sich quer zum Maschinenraum 13, an der vorderen Seite der'Maschine 16» Die Gestaltung und Form des Schalldämpfers 18 ist derart, daß er möglichst unkompliziert in den zur Verfügung stehenden Raum im Motorraum 13 eingesetzt werden kann. Der Schalldämpfer 18 hat einen oberen Wandungsbereich 18a und einen Boden 18b, die miteinander in dichter Verbindung stehen. Eine im- Zentrum angeordnete Auspuffeinlaßöffnung 24 ist in der oberen Wand 18a vorgesehen und ein Paar von Auspuffauslaßöffnungen 25, 26 sind im Bodenteil 18b im Bereich der sich gegenüberliegenden Endseiten des Schalldämpfers 18 angeordnet.

Eine Auspuffeinlaßleitung 27 von vorbestimmter Länge ist in die Einlaßöffnung 24 so eingesetzt, daß sie im wesentlichen senkrecht zu der benachbarten Oberfläche der oberen Wand 18a steht. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sieh der Endteil der Auspuffeinlaßleitung 27 in den hohlen Schalldämpfer und ein vergrößertes oberes Ende erstreckt sich über die obere Wand 18a. Selbstverständlich ist es möglich, daß das Endteil des Rohres

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nicht bis in den Schalldämpfer hineinreicht, sondern bereits in der öffnung 24 endet. Das Einlaßrohr 27 wird durch Verschweißen oder dgl. an der öffnung 2t so festgelegt, daß keine Auspuffgase durch den bestehenden Zwischenraum austreten können. Das verbreiterte obere Ende des Einlaßrohres 27 weist ebenfalls eine Kugelform mit abgeschnittenen Kalotten auf, wobei die beiden gebildeten Kugelabschnittebenen einen Abstand aufweisen, der kleiner als der Radius ist und die obere größere Ebene sich durch das Zentrum der Kugel erstreckt. Der Sammler 22 ist so ausgebildet und angeordnet, daß er dicht in das verbreiterte obere Ende der Auspuffeinlaßleitung 27 eingesetzt werden kann. Die äußere Fläche der unteren Hälfte des Sammlers 22 greift dicht an der inneren Fläche des verbreiterten oberen Endes des Rohres 27 an, und zwar in einer Vielzahl von winkelförmigen Stellungen, wobei eine in Fig. H dargestellt ist. Aufgrund dieser Anordnung kann der Schalldämpfer gegenüber dem Sammler 17 gedreht oder verkantet werden, ohne daß dadurch die wirksame Abdichtung zwischen den beiden Bauteilen beeinträchtigt wird. Wie dies deutliche:' aus Fig. 2 hervorgeht, sind ein Paar von- Federn 2 8 und 29 zwischen den Rohren 19 und 21 und dem oberen Wandbereich 18a angeordnet, um derart den Schalldämpfer 18 nach oben gegen die Sammlereinheit 17 zu ziehen, wodurch der Sammler 2 2 mit dem verbreiterten oberen Teil der Leitung 27 fest verbunden gehalten wird.

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Ein Paar von Auspuffrohren 3ο und 31 sind in den Auspuff öffnung en 25 und 26 angeordnet. Die oberen Enden der Rohre 3o und 31 erstrecken sich nach oben um ein kleines Maß in den hohlen Schalldämpferkörper, und die unteren Teile der Rohre erstrecken sich durch die öffnungen in der unteren Wand IH des Maschinenraumes, so daß die Auspuffgase neben der Karosserie des Schneemobiles ausgestoßen werden.

Durch diese Konstruktion werden die Auspuffgase von den drei Zylindern über die Rohre 19, 2o und 21 in den■ Sammler 22 und die Auspuffeinlaßleitung 27 geführt. Die Gase werden auf diese Weise in den hohlen Schalldämpferkörper geführt, der eine Anzahl, von Rippen und Prallplatten aufweisen kann, um damit die Schalldämpfung zu verbessern, und dann werden die Gase von dem Schalldämpfer durch die Auspuffrohre 3o und 31 abgeführt.

Die durch diese Anordnung erzielte Verbesserung gegenüber den bisher bekannten Auspuffsystemen wird in Fig. 6 verglichen. Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß die geringste Leistung mit einem geradlinigen Rohr (Symbol "A") erreicht wird, das an die Auspufföffnung der Maschine angeschlossen wird. Das geradlinige Rohr verbessert weder den Reinigungseffekt noch schafft es eine Überlagerung.

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Die Benutzung eines konischen Verteilers oder Megaphons (Symbol "B") verbessert die Leistung der Zweitaktmaschine gegenüber der Anwendung eines geradlinigen Rohres. Die Megaphonanordnung tendiert dazu, einen negativen Druck an der AuspuffÖffnung zu dem genauen Zeitpunkt zu schaffen, um einen Reinigungseffekt zu bewirken. Dieser resultiert in einer verbesserten Leistung der Maschine, wie sie in Fig. 6 untersucht wurde. Ein abgestimmtes Rohr (Symbol "C") kann sowohl den Reinigungseffekt und die Überladung verbessern. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß das abgestimmte Rohr benutzt werden kann, um eine Zweitaktmaschine über einen bestimmten relativ engen Leistungsbereich zu verbessern. Das abgestimmte Rohr ist in der Lage, eine Rückdruckwelle zu schaffen, die die AuspuffÖffnung zu einem Zeitpunkt erreicht, um die frische Ladung, die vom Zylinder getragen wird, zu überlagern. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird eine Spitzenleistungsfähigkeit der eingesetzten Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht (Symbol "D"), die genau so hoch ist, wie mit einem abgestimmten Rohr, wobei diese Rohrleistungsfähigkeit aber über einen größeren Leistungsbereich der Maschine aufrechterhalten werden kann, wie dies bei einem abgestimmten Rohr der Fall ist. Da die Zylinder einer Dreizylindermaschine mit einer 120° Versetzung arbeiten, wird der höchste Auspuffdruck, der durch einen Zylinder erzeugt wird, dazu ausgenutzt, um jeweils einen anderen Zylinder zu überlagern. Dieses wurde bereits als "Impulsüberlagerung" bezeichnet.

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Bei der vorher beschriebenen Konstruktion wird diese Impulsüberlagerung über einen weiten Leistungsbereich zur Verbesserung der Maschinenleistungsfähigkeit aufrecht erhalten. Außerdem scheint es so, daß ein Reinigungseffekt aufgrund der Venturianordnung erreicht wird, der durch die hohe Gasgeschwindigkeit erzielbar ist, und zwar der Gase, die durch den Sammler 22 strömen.

In dem vorliegenden System sind eine Vielzahl von Veränderlichen, die sich auf die Leistungsfähigkeit der Maschine ausv?irken. So bewirkt beispielsweise eine Veränderung der Länge des Einlaßrohres 27 eine Veränderung der Form der aufgezeigten Kurve. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, daß für jede Maschinengröße unterschiedliche Längen und Größen untersucht werden, um die gewünschte Leistungskurve zu erreichen. Weiterhin wurde festgestellt, daß die Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit vom Volumen des Schalldämpfers steht, wobei offensichtlich der beste Wert erreicht wird, wenn dieses Volumen annähernd gleich dem Volumen der drei Zylinder ist. Aus diesem Grunde sollte für eine 5oo qcm Dreizylinder-Zweitaktmaschine der Schalldämpfer etwa 5oo qcm Volumen aufweisen. Eei diesem System wird der Schalldämpfer nicht nur für eine Schalldämpfung benutzt, sondern auch für eine stromabwärtige Restriktion wie bei einem abgestimmten Rohr, so daß zu (kiii jeweiligen Zeitpunkt eine Druckwelle zurück zum Zylinder ilicJat.

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Wenn keine stromabwärtige Einschnürung vorgesehen ist, wird die Impulsüberlagerung nicht voll wirksam.
Außerdem wurde festgestellt, daß die beste Leistungsfähigkeit dadurch erreicht wird, daß nur ein Einlaförohr 27 und ein Paar von Auslaßrohren an dem Schalldämpfer vorgesehen wei'den.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

Schneemobil mit einem in Vorderteil angeordneten Maschinenraum, mit einer Dreizylinder-Zweitaktmaschine und jedem einzelnen Zylinder zugeordneten, getrennten Auspufföffnungen und einem Schalldämpfer innerhalb dieses Maschinenraumes vor der Maschine gekennzeichnet durch

a) einen langgestreckten hohlen Schalldämpfer (18), der quer zum Maschinenraum (13) ausgerichtet ist und eine • zentrale Auspuff einlaßöffnung (24) "in seiner oberen Wand und im Bereich seiner beiden Längsenden je eine Auspuffauslaßöffnung (25, 26) aufweist,

b.) eine in die Auspuff einlaßöffnung (24) eingesetzte, eine vorbestimmte Länge aufweisende Auspuffeinlaßleitung (27), deren sich verbreiterndes Ende sich oberhalb der oberen Wand (18a) des Schalldämpfers erstreckt,

c) Auspuffauslaßröhre (3o, 31), die in die Auspuffauslaßöffnungen (25, 26) in der unteren Wand (18b) des Schalldämpfers (18) eingesetzt sind,

d) einen Auspuffsammler (17), der aus drei Rohren (19, 2o, 21) gebildet wird, die gleiche Länge aufweisen und deren eines Ende an die Auspufföffnungen der Zylinder angeschlossen sind und deren anderes Ende miteinander verbunden, zu einem Sammler (22) führen, der Ein- und Auslaßöffnungen aufweist, wobei die einzelnen Rohre

* (19, 2o, 21) gegenüber der sich durch das Zentrum des

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Sammlers erstreckenden Achse geneigt sind, und der Sammler (22) mit dem sich verbreiternden oberen Ende der Auspuffeinlaßleitung (27) in Verbindung steht,

e) Verbindungsmittel um den Sammler (22) mit dem sich verbreiternden Ende der Auspuffeinlaßleitung (27) in dichter Verbindung zu halten.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel durch Federn (2 8, 29) gebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (22) als Kugelabschnitt ausgebildet ist mit einer sich nach oben öffnenden öffnung zur Aufnahme der Rohre (19, 2o, 21) und einer unteren öffnung zum Einbau in die Auspuffeinlaßleitung (27), die als oberes Endteil ebenfalls einen Kugelabschnitt aufweist, wobei die beiden Kugelabschnitte dicht ineinander eingreifen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (19, 2o, 21) mit einem Winkel von etwa 45° oder darunter zum Sammler (22) münden.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in Anwendung auf eine Dreizylinder-Zweitaktmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß drei Auspuffrohre

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'(19, 2ο, 21) vorgesehen sind, die zu einem gemein-, samen Sammler (22) führen. . - . . -
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden~Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffeinlaßleitung (27) sich aus der Oberfläche des Schalldämpfers (18) herauserstreckt und mit einem Rohrstutzen bis zum Inneren des Schalldämpfers (18) reicht.

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