DE2845902C2 - Schalldämpfer für Kolben-Flugmotoren - Google Patents

Description

a) die Konfiguration des rechteckigen Querschnitts sich in Durchströmrichtung ändert, indem die den längeren Seiten des Rechteckes zugeordneten, vorderen und hinteren Außenbleche (3, 4) in Durchströmrichtung bis zu einem die Austrittsöffnung (7) bildenden Schlitz konvergieren und den kürzeren Seiten des Rechteckes zugeordnete, seitliche Abschlußbleche (5, 6) in Durchströmrichtung bis zur Austrittsöffnung (7) divergieren, und daß

b) die Lochbleche (8,9) parallel zu und im Abstand von den vorderen und hinteren Außenblechen (3, 4) konvergieren und bis zu den Außenblechen (3, 4) verlaufende Abkantungen (8a, 9a) aufweisen, so daß jedes Lochblech (8, 9) mit seiner Abkantung, dem vorderen bzw. hinteren Außenblech (3, 4) und Bereichen der seitlichen Abschlußbleche (5, 6) eine in die Austrittsöffnung(7)offen auslaufende Kühlkammer (10,11) bildet.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bereich der Kühlkammern (10,11) und dem Anschlußstutzen (1) eine von den Außen- und Abschlußblechen umgrenzte Wirbelkammer (12) vorgesehen ist, in der ein zwischen den seitlichen Abschlußblechen (5, 6) verlaufender, leistenartiger Prallwinkel (13) angeordnet ist.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der seitlichen Abschlußbleche (5, 6) Abkühlhauben (16, 17) vorgesehen sind, deren kanalartige Innenräume über Löcher (18, 19) in den seitlichen Abschlußblechen sowohl mit der Wirbelkammer (12) als auch mit den beiden Kühlkammern (10,11) in Verbindung stehen.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Prallwinkel (13) ein Paar von zueinander parallelen Wänden (20, 21) angeschlossen ist, die einen in dem sich verengenden Zwischenraum (14) zwischen den Kühlkammern (10,11) verlaufenden Kühlschlitz (22) bilden, der im Bereich der seitlichen Abschlußbleche (5,6) zum Eintritt der Außenluft offen ist und in eine eigene schlitzartige Austrittsöffnung (23) ausläuft.

5. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der schlitzartigen Austrittsöffnung (7) für die Abgase etwa so groß ist wie der Querschnitt des Anschlußstutzens (1).

6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittssumme der Lö eher (15) in den Lochblechen (8,9) größer ist als der Querschnitt des Anschlußstutzens (1).

7. Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Außenbleche (3, 4) einen Konvergenzwinkel von etwa 12° und aie seitlichen Abschlußbleche (5, 6) einen Divergenzwinkel von etwa 40° einschließen.

8. Schalldämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch auf die von Kühlluft bestrichenen Bleche (5, 6) aufgesetzte Stegbleche (26,27).

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Kolben-Flugmotoren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Propeller-Flugzeuge mit Kolben-Flugmotorenantrieb, die in der Hauptsache als private Reise- und Sportflugzeuge Verwendung finden, haben normalerweise keine Schalldämpfer. Die behördlich festgesetzten Lärmgrenzwerte machen es daher erforderlich, die Motoren so auszulegen, daß der Auspufflärm diese Grenzwerte nicht übersteigt. Man hat also keine freie Hand, die Ventilzeiten und die Drehzahl im Hinblick auf eine mögliche Höchstleistung des Motors zu optimieren. Letztlich führen die behördlichen Vorschriften über Lärmgreüzwerte zu einer Art Drosselung der Flugmotoren, solange sie ohne Schalldämpfer arbeiten. Andererseits bedeutete jedoch ein Schalldämpfer stets einen gewissen Leistungsverlust.

So weist auch der Schalldämpfer für Kolben-Brennkraftmaschinen gemäß der DE-PS 3 41 516, von dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in Anwendung für Flugmotoren ausgegangen wird, einen relativ hohen Durchström-Widerstand auf. Dieser Schalldämpfer besteht nämlich aus einem gelochten, durch eine Trennwand in zwei hintereinanderliiegenden Kammern geteilten Rohr mit beliebig eckigem Querschnitt und hohlen, dieses Rohr umgebenden, von den Außenblechen gebildeten Kühlrippen, so daß die in das Rohr eintretenden Abgase durch die Löcher in die hohlen Kühlrippen strömen und von dort wieder in das Rohr gelangen. Diese zweimalige Umlenkung und vor allem der sich vor der Trennwand ausbildende Stau führen zu Druckverlusten, die die Motorleistung beeinträchtigen. Bei Motoren für Landfahrzeuge mag das hinnehmbar sein.

Bei Flugmotoren, die ein möglichst geringes Leistungsgewicht aufweisen sollen, ist ein derartiger Verlust jedoch ein entscheidender Nachteil.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer für Kolben-Flugmotoren zu schaffen, der den Lärmpegel herabsetzt und die Kühlung der heißen Abgase innerhalb des Schalldämpfers verbessert, ohne die drehzahlabhängige Leistung des Flugmotors zu beeinträchtigen. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Merkmal a), das für sich durch die GB-PS 2 78 857 bekannt ist, bestimmt die äußere Gestaltung des Schalldämpfers gemäß der Erfindung, der einen rechteckigen Querschnitt mit in Durchströmrichtung sich ändernder Konfiguration besitzt. Durch die Divergenz der seitlichen Abschlußbleche, die graduell größer ist als die Konvergenz der die langen Seiten des Querschnitt-Rechteckes darstellenden vorderen und hinteren Außenbleche, werden die Oberflächen der konvergierenden Außenbleche bis zur schlitzartigen Austrittsöff-

nung stark vergrößert, ohne daß die Quersehnittsfläche des Innenraumes des Schalldämpfers in Durchströmrichtung zunehmen muß. Durch das Merkmal b) werden unterhalb der sich in Durchströmrichtung verbreiternden Außenbleche Kühlkammern geschaffen, in die die Abgase mit geringer Umlenkung über parallel zu den Außenblechen verlaufende Lochbleche einströmen. Da an den Außenblechen der Propellerwind vorbeistreicht, erfahren die Abgase innerhalb der Kühlkammern vor ihrem Austritt eine Abkühlung, die von einer Volumenabnahme begleitet ist Diese Volumenabnahme ist ein wesentlicher Effekt des Schalldämpfers gemäß der Erfindung, denn sie übt einen gewissen konstanten Sog auf die pulsierenden Abgase am Eingang des Schalldämpfers aus und wirkt insoweit glättend.

Es wird empfohlen, zwischen dem Bereich der Abkühlkammern und dem Anschlußstutzen eine von den Außen- und Abschlußblechen umgrenzte Wirbelkammer vorzusehen, in der ein sich zwischen den seitlichen Abschlußblechen verlaufender leistenartiger Prallwinkel angeordnet ist. Dieser Prallwinkel wirkt als Reflexionsfläche für Schallwellen und zugleich zur Umlenkung und Aufteilung des Abgasstromes, um die Geschwindigkeitskomponente des Abgasstromes herabzusetzen und zu begünstigen, daß die Abgase in möglichst alle Löcher in den sich im wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden Lochblechen eintreten.

Soweit bisher beschrieben, sind die divergierenden seitlichen Abschlußbleche, an denen ebenfalls der Propellerwind vorbeistreicht, nur im Bereich der Wirbelkammer und der Stirnseiten der beiden vorerwähnten Abkühlkammern für den Kühleffekt ausgenutzt. Durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 wird erreicht, daß Teilströme der Abgase auch im Bereich der schmalen seitlichen Abschlußflächen des Schalldämpfers der Kühlung durch vorbeistreichende Luft unterworfen werden.

Eine weitere Verbesserung des Kühleffektes ergibt sich, wenn der Schalldämpfer von einem im Bereich der seitlichen Abschluöbleche offenen Kühlschlitz durchzogen ist, der den Eintritt von Außenluft in das Innere des Schalldämpfers erlaubt und dessen sich bis in die schlitzartige Austrittsöffnung erstreckenden Seitenwände von den Abgasen umspült sind. Die Abgase werden bei dieser Ausführungsform nicht nur durch Wärmeübergang über die konvergierenden Außenbleche, sondern auch durch Wärmeübergang an den inneren Wandungen des Kühlschlitzes gekühlt.

Der Querschnitt der schlitzartigen Austrittsöffnung für die Abgase soll etwa so groß sein wie der Querschnitt des Anschlußstutzens. Dies besagt, daß eine Expansion der Abgase innerhalb des Schalldämpfers nicht angestrebt wird, da ja der die Schallwellen glättende Sog erfindungsgemäß durch starke Kühlung und Volumenabnahme der Abgase erzielt wird. Wegen der Volumenabnahme der Abgase kann die schlitzartige Austrittsöffnung im Querschnitt sogar kleiner sein als derjenige des Anschlußstutzens.

Die Querschnittssumme der Löcher in den Lochblechen ist zweckmäßig größer als der Quei schnitt des einlaßseitigen Anschlußstutzens, um innerhalb des Schalldämpfers möglichst keinen Rückstau an Abgasen zu erhalten.

Die vorderen und hinteren Außenbleche schließen zweckmäßig einen Konvergenzwinkel von 12° und die seitlichen Abschlußbleche einen Divergenzwinkel von 40° ein.

Wie bei Wärmeaustauschern, an sich bekannt, können die von der Kühlluft, d. h. dem ProDellerwind bestrichenen Bleche mit aufgesetzten Stegblechen versehen werden, um die wärmeübertragenden Flächen zu vergrößern und die Kühlluft zu führen.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele eines Schalldämpfers gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein vorderes Außenblech einer Ausführungsform, das Außenblech teilweise weggeschnitten,

ίο Fi g. 2 einen senkrechten Schnitt nach der Linie H-II in F ig. 1.

F i g. 3 eine Draufsicht ähnlich F i g. 1 einer anderen Ausführungsform,
Fig.4 einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3,

F i g. 5 eine Draufsicht ähnlich F i g. 1 einer dritten Ausführungsform mit innerem Kühlschlitz teilweise im Längsschnitt nach der Linie V-V in F i g. 6,
F i g. 6 eine Seitenansicht von F i g. 5 und

F i g. 7 eine Ansicht von F i g. 5 von unten.

Ein Schalldämpfer gemäß der Erfindung besteht bei allen Ausführungsbeispielen aus einem rohrförmigen Anschlußstutzen 1 zum Anschluß des Schalldämpfers an eine Abgasleitung, einem quadratischen Übergangsflansch 2 als Anschluß für weitere Außenwandungsteile des Schalldämpfers, die einen rechteckigen Querschnitt eines Innenranmes ergeben. Diese Außenwandungsteile bestehen aus Vorderen und hinteren Außenblechen 3 und 4, die unter einem Winkel von etwa 12° konvergieren, wie Fig. 2 zeigt, sowie aus schmaleren, seitlichen Abschlußblechen 5 und 6, die in Strömungsrichtung divergieren und einen Divergenzwinkel von etwa 40° einschließen. Die konvergierenden Außenbleche 3 und 4 sind in ihrer Länge so bemessen, daß sie eine schlitzartige Austrittsöffnung 7 ergeben. Die Länge der schiitzartigen Austrittsöffnung 7 ergibt sich aus der Divergenz der seitlichen Abschlußbleche 5 und 6, und es ist durch diese Abmessungsverhältnisse sichergestellt, daß der Querschnitt der schlitzartigen Austrittsöffnung 7 etwa so groß ist wie der Querschnitt des einlaßseitigen Anschlußstutzens I.

Wie der Längsschnitt nach F i g. 2 zeigt, verlaufen parallel zu und im Abstand von den zueinander konvergierenden vorderen und hinteren Außenblechen 3, 4 ebenso konvergierende Lochbleche 8 und 9, die einströmseitig mit zu den Außenblechen 3, 4 verlaufenden Abkantungen Sa und 9a versehen sind, so daß jedes Lochblech 8,9 mit einer Abkantung 8a, 9a, einem vorderen bzw. hinteren Außenblech 3, 4 und Bereichen der seitlichen, divergierenden Abschlußbleche 5, 6 eine Kühlkammer 10 bzw. 11 bildet. Jede Kühlkammer 10,11 läuft in die schlitzartige Austrittsöffnung 7 aus. Die Lochbleche 8 und 9 können im Bereich der Austrittsöffnung 7 zusammengeführt sein, jedoch können sie auch noch einen schmalen Schlitz der Austrittsöffnung 7 frei lassen.

Zwischen dem Bereich der Kühlkammern 10,11 und dem Anschlußstutzen 1 ist eine von den Außen- und Abschlußblechen 3 bis 6 umgrenzte Wirbelkammer 12 vorgesehen, in der ein zwischen den seitlichen Abschlußblechen 5,6 verlaufender, leistenartiger Prallwinkel 13 angeordnet ist.

Der bisher beschriebene Aufbau des Schalldämpfers gem?ß der Erfindung trifft für alle Ausführungsbeispiele

μ zu. Dies gilt auch für den Verlauf der Abgasströmung, die in Anlehnung an Fig. 1 und 2 wie folgt beschrieben wird:

Die über den Anschlußstutzen 1 und den Übergangs-

flansch 2 einströmenden Abgase treffen zunächst auf den leistenförmigen Prallwinkel 13 und werden hierdurch in der Wirbelkammer 12 verwirbelt. Der Prallwinkel 13 hat zusätzlich die Wirkung, eine Schalldämpfung durch Reflexion herbeizuführen. Die Abgase treten dann in den sich verengenden Zwischenraum 14 zwischen den Kühlkammern 10 und 11 ein und werden über die Löcher 15 der Lochbleche 8 und 9 von den Kühlkammern 10 und 11 aufgenommen. In der rechten Hälfte von F i g. 1 ist dargestellt, daß die Abgase von unterhalb des Lochbleches 8 durch die Löcher 15 in die Kühlkammer 10 in Pfeilrichtung eintreten, da in der rechten Hälfte von Fig. 1 das vordere Außenblech 3 teilweise weggeschnitten dargestellt ist. Der sich verengende Zwischenraum 14 fördert das Übertreten der Abgase in die Kühlkanäle 10,11. wogegen die Divergenz der seitlichen Abschlußbleche 5, 6 eine Ausweitung des Abgasstromes in Längsrichtung der schlitzartigen Austrittsöffnung 7 begünstigt. Wesentlich ist, daß die Abgase innerhalb der Abkühlkammern 10, 11 an den vom Propellerwind beaufschlagten, breiter werdenden Außenblechen 3, 4 vorbeisireichen und dadurch gekühlt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sind die ebenfalls vom Propellerwind beaufschlagten seitlichen Abschlußbleche 5, 6 zwar ebenfalls von innen von Abgasen beaufschlagt, jedoch ist die Oberfläche der seitlichen Abschlußbleche 5, 6 verhältnismäßig klein. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und 4 sind daher außerhalb der seitlichen Abschlußbleche 5, 6 Abkühlhauben 16 und 17 vorgesehen, deren kanalartige Innenräume über Löcher 18 im oberen Bereich der Abschlußbleche 5,6 mit der Wirbelkammer 12 in Verbindung stehen. Im unteren Bereich stehen die Innenräume der Abkühlhauben 16,17 über Löcher 19 auch mit den beiden Kühlkammern 10, 11 in Verbindung, so daß zwei Teilströme aus der Wirbelkammer 12 in die Abkühlhauben 16, 17 und von dort in die unten offenen Abkühlkammern 10, 11 gehen. Der Strömungsverlauf der Abgase ist in F i g. 3 durch Pfeile dargestellt, und zwar in der rechten Zeichnungshälfte, in der das vordere Außenblech 3 sowie eine Seilenwand der Abkühlhaube 16 weggeschnitten sind. In der Schnittdarstellung nach Fig. 4 erkennt man den Eintritt von Stromfäden durch die Löcher 19 in den Randbereichen des seitlichen Abschlußbleches 5 in die Kühlkammern 10 und 11. Im unteren Bereich von Fig. 4 ist ein Teil der Abkühlhaube 17 in Ansicht erkennbar.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 bis 7 entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2. Die .Abweichung besteht in einem inneren Kühlschlitz 2Z der einströmseitig von dem leistenförmigen Prallwinkel 13 begrenzt ist, an den sich ein Paar von zueinander parallelen Wänden 20 und 21 anschließt Diese Wände 20,21 erstrecken sich durch den sich verengenden Zwischenraum 14 (F i g. 2) zwischen den seitlichen Kühlkammern 10,11 bis in den Bereich der Austrittsöffnung 7. Wie aus der Ansicht gegen die Austrittsöffnung 7 nach F i g. 7 hervorgeht liegt der Austrittsschlitz 23 für den Kühlschlitz 22 zwischen den partiellen Austrittsschlitzen 24, 25 der Kühlkammern 10, 11. Der Kühlschütz 22 ist seitlich zum Eintritt von Kühlluft dadurch offen, daß die seitlichen Abschlußbleche 5,6 über den Abstand der Wände 20,21 geöffnet sind, wie aus der Schnittdarstellung nach F i g. 5, rechte Hälfte, hervorgeht Hier ist auch in gestrichelt eingezeichneten Pfeilen die Richtung der einströmenden Kühlluft dargestellt wogegen in allen anderen Figuren die durchgezogenen Pfeile die Strömungsrichtung von Abgasen bedeuten.

Wie aus Fig. 5 und 6 hervorgeht, sind auf die seitlichen Abschlußbleche 5, 6 beiderseits des Kühlschlitzes 22 je ein Paar von Stegblechen 26, 27 aufgesetzt, die nicht nur die wärmeübertragenden Flächen zur Verbesserung des Kühleffektes vergrößern, sondern auch zur Führung der Kühlluft dienen. Wie F i g. 6 zeigt, verläuft ein Paar von Stegblechen 27 in Strömungsrichtung derart geneigt zueinander, daß der von oben kommende Kühlluftstrom durch Verengung eines Strömungskanals in den Kühlschlitz 22 eintreten kann.

Amtliche Schallpegelmessungen haben in Meßflügen ergeben, daß der Schallpegel von durchschnittlich 76 dB(A), gemessen ohne Schalldämpfer, sich bei Einsatz von Schalldämpfern gemäß der Erfindung verringert auf durchschnittlich 72 dB(A). Gleichzeitig wurde festgestellt, daß die maximale Motordrehzahl von normal 2700 U/min bei Einsatz von Schalldämpfern gemäß der Erfindung um 150 U/min anstieg und wieder zurückgenommen werden mußte. Dies ist ein Anzeichen dafür, daß durch den Schalldämpfer gemäß der Erfindung nicht nur der Schallpegel herabgesetzt wird, sondern die Motordrehzahl und damit die Motorleistung ansteigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schalldämpfer mit rechteckigem Querschnitt für Kolben-Flugmotoren mit mindestens einem rohrförmigen Stutzen zum Anschluß an eine Abgasleitung, mit inneren Lochblechen, die mit Außenblechen Kühlkammern bilden, in die die Abgase nach Durchtritt durch die Lochbleche eintreten, wobei die Kühlkammern mit der Austrittsöffnung des Schalldämpfers kommunizieren und die Außenwände der Kühlkammern von der vorbeistreichenden Außenluft beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß