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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, der ein Schalldämpfergehäuse umfasst,
das aus einem Gehäuse
und einem Deckel oder einer Abdeckung mit mindestens einem inneren Auslass
für Abgase,
die durch ein im Gehäuse
montiertes Katalysatorelement gereinigt werden, besteht, wobei der
Schalldämpfer
einen Auslasskanal und mindestens einen inneren Auslass hat, durch
den Abgase geleitet werden sollen.
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Stand der Technik
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Das
Reinigen von Abgasen durch Verwendung von Katalysatoren wird heutzutage
immer üblicher,
selbst in kleineren Zweitaktverbrennungsmotoren, beispielsweise
in angetriebenen Handarbeitsgeräten
wie Kettensägen
und Grastrimmern. Forderungen hinsichtlich Gewicht und Größe der Abgasreinigungseinrichtungen
haben zur Entwicklung so genannter katalytischer Schalldämpfer geführt, die
direkt am Auslasskanal des Zylinders montiert werden. Ein typischer
katalytischer Schalldämpfer
hat ein geschlossenes Gehäuse
mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung sowie ein im Gehäuse montiertes
katalytisches Element zum Reinigen der aus dem Schalldämpfer austretenden
Abgase. Es ist weiterhin häufig
vorteilhaft, die Abgase durch den Deckel des Schalldämpfers freizusetzen;
siehe
WO 9602741 .
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Eine
Folge der Einführung
der katalytischen Umwandlung besteht darin, dass die Temperatur
der Abgase aufgrund der Reaktionen im Katalysator beträchtlich
angestiegen ist. Bedingt durch die kompakte Konstruktion der vorgenannten
katalytischen Schalldämpferausführung treten
die Abgase, nachdem sie durch den Katalysator geströmt sind,
relativ früh
aus dem Schalldämpfer
aus, so dass extrem heiße
Abgase vom Schalldämpfer
freigesetzt werden. Darüber
hinaus ist es üblich,
dass die Blechteile des Schalldämpfers
das Katalysatorelement relativ eng umschließen, so dass sich so genannte "hot spots" (heiße Stellen),
d.h. Oberflächen
des katalytischen Elements mit einer extrem hohen Temperatur, sogar auf
umgebende Blechteile ausbreiten können. Wenn Frischluft, d.h.
den Motor umgebende sauerstoffreiche Luft, in Kontakt mit den extrem
heißen
Abgasen oder mit diesen heißen
Stellen kommt, können
sogar Flammen entstehen. Dies kann eine erhöhte Brandgefahr zur Folge haben,
insbesondere weil kleinere Motoren dieser Art häufig in Werkzeugen verwendet werden,
die in brandgefährdeten
Umgebungen mit großen
Mengen entflammbaren Materials eingesetzt werden.
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Um
die auf Funkenbildung beruhende Brandgefahr im Wesentlichen auszuschalten,
wird ein katalytischer Schalldämpfer
dieser Art oft mit einem Funkenschutzgitter ausgerüstet, was
laut US-Gesetzen sogar vorgeschrieben ist. Um ein zufriedenstellendes
Ergebnis zu erzielen, muss das Funkenschutzgitter so feinmaschig
sein, dass sich daraus eine relativ kurze Lebensdauer ergibt. Ein
solcher Funkenschutz kann Flammen jedoch nur in einem begrenzten
Umfang verhindern.
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JP 61079815 A zeigt
zwei verbundene Schalldämpfer.
US 4,142,607 beschreibt
einen Auslassbereich im Inneren eines Deckels, gefolgt von einem
inneren Auslass zum Deckel, sowie einen Auslassbereich an der Außenseite
des Deckels. Die Kühlung
des internen Auslassbereichs ist nicht sehr gut, und in dieser Schalldämpferausführung ist
kein katalytisches Element untergebracht.
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Aufgaben der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schalldämpfer bereitzustellen, der
die Gefahr einer Flammenbildung am Abgasauslass minimiert.
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Eine
zweite Aufgabe besteht darin, einen Schalldämpfer bereitzustellen, der
für eine
verbesserte Kühlung
der Abgase sorgt, bevor diese in Kontakt mit Frischluft gebracht
werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
und andere Aufgaben der Erfindung werden durch einen Schalldämpfer in
der anfänglich erwähnten Ausführung erfüllt, bei
der sich ein Auslasskanal, der stromabwärts hinter dem inneren Auslass
vorgesehen ist, an der Außenseite
des Deckels befindet, um für
eine besonders gute Kühlung
zu sorgen, wobei der Auslasskanal einen ersten Bereich, der so vorgesehen
ist, dass Abgase in einer ersten Richtung (A) parallel zur Außenseite
des Deckels geleitet werden, und einen zweiten Bereich umfasst,
der so vorgesehen ist, dass Abgase in einer zweiten, im Wesentlichen
entgegengesetzten Richtung (B) geleitet werden, wobei der erste
und der zweite Bereich eine Querschnittsfläche von im Wesentlichen gleicher
Größe haben
und die Abgase bis zu einem Mundstück weiterleiten. Die Erfindung
ist hauptsächlich
für Schalldämpfer ge dacht,
die mit einem Katalysator ausgerüstet
sind. Sie ist jedoch auch für
Motoren anwendbar, die aus anderen Gründen besonders heiße Abgase
erzeugen.
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Dieser
Auslasskanal ist nicht mit der Führungsblechausführung für Frischluft
zu verwechseln, wie sie in
WO9602741 beschrieben
ist. Dieses Führungsblech
befindet sich vollständig
außerhalb
des Schalldämpfergehäuses und
ist so ausgeführt,
dass die Frischluft am Abgasauslass vorbeigeleitet wird, um dadurch
die Abgase abzukühlen
und auszubreiten. Obwohl die Abgase mittels des Führungsblechs dazu
gezwungen werden, ihre Richtung um 180 Grad zu ändern, erfolgt diese Richtungsänderung
erst, nachdem die Abgase durch den Auslass geströmt und somit in Kontakt mit
Frischluft gebracht worden sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird stattdessen ein geschlossener Auslasskanal vom inneren
Auslass des Schalldämpfers
bis hin zum Mundstück
geschaffen, und zuerst an der Außenseite des Mundstücks kann
Frischluft von draußen
in Kontakt mit den Abgasen gebracht werden. Dadurch wird Frischluft
wirksam daran gehindert, mit den überheißen Oberflächen ("hot spots") des katalytischen Elements sowie mit
den umgebenden Blechoberflächen im
Inneren des Schalldämpfers
durch so genanntes Rückpulsieren
in Kontakt zu kommen.
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Da
die Abgase weiterhin gezwungen werden, das den Auslasskanal bildende
Zweiwegelabyrinth zu durchströmen,
werden die Abgase ausreichend gekühlt, so dass ein Auftreten
von Flammen am Mundstück
des Kanals verhindert wird. Es ist daher vorteilhaft, wenn sich
das Labyrinth außerhalb des
Schalldämpfergehäuses befindet,
um so für
eine besonders gute Kühlung
zu sorgen.
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Die
beiden entgegengesetzt verlaufenden Bereiche des Auslasskanals haben
eine Querschnittsfläche
von im Wesentlichen gleicher Größe, d.h.
die Fläche
des stromabwärts
befindlichen Bereichs repräsentiert
50–200%
des stromaufwärts
befindlichen Bereichs und vorzugsweise 70–150%. Hierdurch ergibt sich über die
Kurve keine größere Druckdifferenz
als Ergebnis der Richtungsänderung. Somit
kann ein wesentlicher Gegendruck bis zu der Stelle aufrechterhalten
werden, an der die Abgase aus dem Mundstück austreten.
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Ein
Funkenschutzgitter kann zwischen dem inneren Auslass des Schalldämpfers und
dem Auslasskanal vorgesehen werden, um vor durch die Abgase verursachten
Funken zu schützen.
Das Funkenschutzgitter kann auch im Aus lasskanal oder am eigentlichen
Abgasauslass vorgesehen werden. Dadurch wird eine Kombination aus
Funkenschutz und Auslasslabyrinth erreicht, wodurch sowohl Funken als
auch Flammen zufriedenstellend ausgeschaltet werden können.
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Der
Auslasskanal ist vorzugsweise parallel zur Außenwand des Schalldämpfergehäuses angeordnet.
Diese Anordnung ist sowohl aus Platzgründen als auch für die Funktion
des Auslasskanals von Vorteil. Die Kühlung kann verbessert werden,
indem der Auslasskanal auf dem gleichen Niveau wie die Außenseite
des Schalldämpfers
vorgesehen wird. Da weiterhin der erste Bereich entlang dem Schalldämpfergehäuse angeordnet
ist, findet eine relativ wesentliche Änderung der Strömungsrichtung
bereits statt, wenn die Abgase zum ersten Bereich gelangen. Die Richtungsänderung
zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich wird dadurch sogar noch
wirksamer. Aus dem gleichen Grund wird besonders bevorzugt, den
zweiten Bereich, vom Gehäuse
aus gerechnet, außerhalb
des ersten Bereichs vorzusehen, so dass sich die Bereiche jeweils
außerhalb
des anderen befinden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind
der erste Bereich in der Form eines ersten gekrümmten, länglichen Prallblechs (Kanals),
das einen am inneren Auslass befindlichen Endgiebel sowie eine in
einem Abstand davon befindliche Öffnung
hat, und der zweite Bereich in der Form eines zweiten gekrümmten Prallblechs
ausgeführt,
das einen an dieser Öffnung
befindlichen Endgiebel sowie ein entlang dem ersten Prallblech befindliches
Mundstück
hat, wobei der zweite Bereich in der Form eines zwischen dem ersten
und dem zweiten Prallblech geschaffenen Raums ausgeführt ist.
Es hat sich gezeigt, dass das auf diese Weise geschaffene Labyrinth
zufriedenstellend arbeitet, und beide Teile können eng am Schalldämpfergehäuse anliegend
problemlos montiert werden. Die beiden Prallbleche lassen sich hinsichtlich
Krümmung
und Länge
leicht anpassen, so dass ein optimales Auslasslabyrinth erzielt
werden kann.
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Eine
Ausbauchung kann am ersten Prallblech, d.h. außerhalb des Mundstücks, vorgesehen sein,
so dass die aus dem Mundstück
freigesetzten Abgase durch die Ausbauchung ausgebreitet werden.
Aufgrund der Tatsache, dass die ausströmenden Abgase ausgebreitet
werden, werden die noch vergleichsweise heißen Abgase daran gehindert,
einer einzelnen Strömung
mit einer hohen Temperatur zu folgen. Der ausgebreitete Abgasstrom
wird einfach schneller abgekühlt,
da er mit einem größeren Umgebungsluftvolumen
in Kontakt gebracht wird.
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Der
Auslasskanal ist, gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform,
vorzugsweise in einer quer verlaufenden Richtung zum Zylinder des Motors
angeordnet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr nachstehend beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher
beschrieben; dabei sind:
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1 eine
auseinandergezogene Ansicht eines mit einem Auslasskanal gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgestatteten katalytischen Schalldämpfers;
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2 eine
Ansicht der Teile des Auslasskanals gemäß 1 in einer
auseinandergezogenen Darstellung, von unten aus betrachtet;
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3 eine
Ansicht des Auslasskanals gemäß 1 und 2 in
einem montierten Zustand;
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4 eine
Ansicht des Auslasskanals in einer Querschnittdarstellung entlang
der Linie IV-IV gemäß 3;
und
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5 eine
Ansicht des Auslasskanals in einer Querschnittdarstellung entlang
der Linie V-V gemäß 3.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Der
in 1 in einer auseinandergezogenen Ansicht dargestellte
katalytische Schalldämpfer
stellt an sich eine bekannte Konstruktion dar, ist aber mit einem
Auslasskanal gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung ausgestattet. Der Schalldämpfer umfasst ein Gehäuse 1, 2,
das aus einem Gehäuse 1 und
einem Deckel 2 besteht, und ist vorzugsweise aus einem
dünnen
Blech oder einem anderen Material mit ähnlichen charakteristischen
Merkmalen hergestellt. Das Gehäuse 1 soll
an einem Abgasauslass eines (nicht dargestellten) Motorzylinders
montiert werden und hat daher einen Einlass 3, während der Deckel 2 einen
inneren Auslass 4 für
die durch den Katalysator gereinigten Abgase hat. Abstandselemente 5a–c, die
zwischen dem Gehäuse 1 und
dem Deckel 2 vorgesehen sind, sollen durch die zweckdienlich
vorgesehenen Öffnungen 6a–c im Deckel 2 verlaufen
und die Rückwand
des Gehäuses 1 um
die Öffnungen 7a–c herum
abstützen.
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Zwischen
dem Gehäuse 1 und
dem Deckel 2 ist eine Zwischenwand 10 vorgesehen,
die eine ringförmige
Fläche 11 mit Öffnungen 12 hat,
wo ein ringförmiges
Katalysatorelement 13 mittels eines mit Öffnungen
versehenen ringförmigen
Abdeckungselements 14 montiert werden soll. Die Zwischenwand 10 hat
auch drei größere Öffnungen 15a–c, durch
die die Distanzelemente 5a–c verlaufen sollen.
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An
der Außenseite
des Deckels 2 befindet sich ein Auslasskanal in der Form
eines "Labyrinths" 17, 18,
das aus zwei entgegengesetzt verlaufenden Bereichen besteht. Im
gezeigten Beispiel ist jeder Bereich durch ein gekrümmtes Teilungselement 17, 18 oder
Prallblech aus Blech getrennt, wie nachstehend ausführlicher
beschrieben. Zwischen dem Deckel 2 und dem Labyrinth 17, 18 ist
ein Funkenschutzgitter 19 in einer an sich bekannten Ausführung mittels
Befestigungsmitteln 20 gesichert.
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Der
katalytische Schalldämpfer
gemäß 1 lässt sich
wie folgt montieren: Zunächst
wird das Katalysatorelement 13 auf der Zwischenwand 10 platziert
und anschließend
das Abdeckungselement 14 an der Wand montiert. Das ringförmige Abdeckungselement 14,
das, ähnlich
wie die Zwischenwand, vorzugsweise aus Blech besteht, kann mit der Zwischenwand 10 verlötet oder
verschweißt
werden, wobei das Katalysatorelement 13 dazwischen vorgesehen
wird. Anschließend
wird die Zwischenwand 10 zusammen mit dem Katalysatorelement
im Gehäuse platziert,
wo sie von einem um das Gehäuse
herum verlaufenden Anschlag 21 abgestützt wird.
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Am
Deckel 2 werden die Teile des Labyrinths 17, 18 angelötet oder
punktverschweißt,
so dass der Auslasskanal entsteht. In dem einen Ende des Labyrinths,
vorzugsweise dem in Verbindung mit dem inneren Auslass 4 vom
Deckel stehenden Ende, sollte eine Öffnung freigelassen werden,
in die das Funkenschutzgitter 19 eingesetzt und mittels
einer Schraube 20 oder dergleichen befestigt werden kann.
Dank dieser Ausführung
kann das Funken schutzgitter bei Bedarf leicht ersetzt oder auf Wunsch
auch ausgebaut werden.
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Der
Deckel mit dem Labyrinth 17, 18 kann nunmehr am
Gehäuse 1,
d.h. oberhalb der Zwischenwand 10, wodurch ein Festklemmen
zwischen dem Gehäuse 1 und
dem Deckel 2 bewirkt wird, vorgesehen und dann in einer
geeigneten Weise, z.B. durch Verschweißen oder Verlöten, befestigt
werden. Anschließend
werden die Distanzelemente 5a–c durch Öffnungen 6a–c im Deckel
eingeführt
und in einer Position, in der sie an einer Innenwand 1a des
Gehäuses 1 anliegen,
miteinander verschweißt,
wobei die Distanzelemente vorzugsweise aus in einer Längsrichtung
druckbeständigen
Metallhülsen
bestehen. Dadurch können
die Distanzelemente 5a–c
dafür verwendet
werden, den Schalldämpfer
an einem (nicht dargestellten) Motorzylinder mittels durchgehender Befestigungsmittel 22a–c zu befestigen.
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In 2 sind
die gekrümmten
Prallbleche 17, 18, die das Labyrinth des Auslasskanals
bilden, in einer umgekehrten Ansicht dargestellt, aus der deutlicher
erkennbar ist, wie die Kanalbereiche, die in den 2–5 die
Bezugszahlen 30 und 31 tragen, geschaffen werden.
Das erste Prallblech 17 ist länglich ausgeführt und
hat eine kurze Seite, die durch eine Endwand 32 verschlossen
ist, sowie eine Öffnung 33 in
ihrer anderen kurzen Seite. An einer Stelle zwischen den beiden
kurzen Seiten des Prallblechs ist eine Ausbauchung 34 dadurch
entstanden, dass die Krümmung
an dieser Stelle höher
ist. Weiterhin verläuft
um das gesamte Prallblech herum ein Flansch 35, der es
ermöglicht,
das Prallblech in einer einfachen Weise an der Außenseite
des Schalldämpfergehäuses zu
befestigen. Das andere Prallblech 18 ist kürzer und
hat eine etwas höhere
Krümmung,
weist jedoch, ähnlich
wie das erste Prallblech, eine Endwand 36 und eine Öffnung 37 auf.
Es ist weiterhin so ausgeführt,
dass es oberhalb des ersten Prallblechs 17 montiert werden
kann, seine Endwand 36 befindet sich in einem gewissen
Abstand außerhalb
der Öffnung 33 des
ersten Prallblechs 17, und seine Öffnung 37 befindet
sich zwischen der Ausbauchung 34 und der Öffnung 33.
Die Prallbleche werden in dieser Position montiert, wie aus den 3–5 ersichtlich.
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Der
vorgenannte erste Bereich 30 des Auslasskanals wird somit
durch den Schalldämpferdeckel 2 und
die gekrümmte
Innenseite des ersten Prallblechs begrenzt, und der andere Bereich 31 des Kanals
ist in der Form eines zwischen den Prallblechen durch ihre jeweilige
Krümmung
geschaffenen Raums ausgebildet. Aufgrund der Tatsache, dass sich
die Endwand 36 des zweiten Prallblechs in einem Abstand
außerhalb
der Öffnung 33 des
ersten Prallblechs befindet, wird dadurch eine die beiden Bereiche 30, 31 verbindende
Krümmung 38 geschaffen.
Der zweite Bereich 31 endet in einem Mundstück 39 mit
einem im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt. Der Verlauf des Auslasskanals ist am deutlichsten aus 4 ersichtlich.
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Folglich
hat der erste Bereich 30, wie in 5 dargestellt,
einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt, während der
zweite Bereich 31 einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt
hat. Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass beide Bereiche, trotz ihrer unterschiedlichen Querschnittsformen,
eine Querschnittsfläche
von im Wesentlichen gleicher Größe haben.
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Während des
Betriebs werden ungereinigte Abgase vom Zylinderauslass des Motors
in die erste Kammer des Schalldämpfers,
die sich zwischen dem Gehäuse 1 und
der Zwischenwand 10 befindet, eingeleitet und gezwungen,
durch die Öffnungen
des Abdeckungselements 14 sowie der Zwischenwand 10 durch
das Katalysatorelement 13 zu strömen. Die auf diese Weise gereinigten
und sehr heißen
Abgase werden dadurch in die zweite Kammer des Schalldämpfers,
die sich zwischen der Innenwand 10 und dem Deckel 2 befindet,
eingeleitet und anschließend durch
den Auslass 4 ausgeleitet. Gegebenenfalls werden die Abgase,
um für
einen Schutz vor eventuellen Funken zu sorgen, durch das Funkenschutzgitter 19 geleitet,
und anschließend
gelangen die Abgase zum Auslasskanal 17, 18 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die
Abgase folgen nunmehr dem in 4 dargestellten
Weg in einer ersten Richtung A entlang dem ersten Bereich 30,
durch die Öffnung 33,
um die Krümmung 38 herum
und anschließend
in der anderen Richtung B entlang dem zweiten Bereich 31,
um schließlich
aus dem Mundstück 39 auszutreten.
Außerhalb
des Mundstücks
strömen
die Abgase hin zur Ausbauchung 34, durch die sie dann ausgebreitet werden.
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Der
Auslasskanal mit seinen zwei entgegengesetzt verlaufenden Bereichen 30, 31 kann
weiterhin in sehr unterschiedlicher Weise ausgeführt werden. So können die
Bereiche, anstatt außerhalb
voneinander, seitlich zueinander vorgesehen werden oder auch eine
andere Form als die hier dargestellte aufweisen. Der Auslasskanal
kann auch, entweder vollständig
oder teilweise, im Ver hältnis
zur Außenseite
des Gehäuses
vertieft vorgesehen werden; der erste Bereich kann sich beispielsweise
zwischen einem vertieft vorgesehenen Teil der Außenseite des Gehäuses und
einem Abdeckungsblech befinden. Alternativ könnten ein oder zwei interne
Bleche den ersten Bereich 30 bilden sowie möglicherweise
auch den zweiten Bereich 31 des Auslasskanals zusammen
mit dem Gehäuse.
Dies würde
eine weniger wirksame Kühlung
der Abgase zur Folge haben. Weiterhin könnte der Schalldämpfer einen
oder mehrere Abgasauslässe
haben, die sich an einer oder mehreren Seiten des Schalldämpfers befinden.
Die Abgasauslässe
könnten
auch unterschiedlich ausgeführt sein.