DE647118C

DE647118C - Schalldaempfer fuer Zweitaktbrennkraftmaschinen von Motorraedern mit zwei Zylindern mit je einem Auslass oder mit einem Zylinder und zwei Auslaessen

Info

Publication number: DE647118C
Application number: DER92139D
Authority: DE
Original assignee: ALFRED REINSCH DR ING; ULRICH SCHMIDT DR ING
Current assignee: ALFRED REINSCH DR ING; ULRICH SCHMIDT DR ING
Priority date: 1934-12-14
Filing date: 1934-12-14
Publication date: 1937-06-28

Description

Bur. !nd. Eigendcm

19 JUL 1931

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Zweitaktbrennkraftmaschinen von Motorrädern mit zwei Zylindern mit je einem Auslaß oder nur einem Zylinder und zwei Auslassen und bestellt im besonderen darin, daß der eine Auslaß mit einem Schalldämpfer und der andere mit einem vorteilhaft als akustisches Filter ausgebildeten Windkessel und dieser oder dessen Zuleitung wieder mit dem Schalldämpfer des ersten Auslasses verbunden ist.

In der Windkesselzuleitung und/oder Überbrückungsleitung .vom Windkessel zum Schalldämpfer sind eine oder mehrere vorteilhaft regelbare Drosseln vorgesehen. An Stelle von Drosseln oder vereinigt mit diesen kann die Windkesselzuleitung und/oder die Überbrückungsleitung vom Windkessel zum Schalldämpfer künstlich verlängert sein, beispiels-

ao weise durch Anwendung einer Rohrschlange. Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Einzylindermotoren oder solchen Mehrzylindermotoren, bei welchen die einzelnen Ausschübe sich gegenseitig nicht überdecken, findet bei den bisherigen Einrichtungen eine verhältnismäßig schlechte strömungstechnische Ausnutzung der gesamten Schalldämpferanlage statt. Bei im Viertakt arbeitenden Einzylindermotoren liegt zwischen dem Ende des einen und dem Beginn eines neuen Ausschubes eine Zeitspanne, welche etwa dreimal so groß wie die eigentliche Ausschubzeit ist, d. h. die Schalldämpferanlage wird nur während 250/0 der gesamten Betriebszeit zu ihrem eigentlichen Zwecke benutzt. Je mehr Zylinder ein Motor hat, um so günstiger wird durch die zeitliche Versetzung der einzelnen Ausschübe dieser Ausnutzungswert. Erst bei Viertaktmas chinen mit sechs oder mehr Zylindern wird er am größten, da bei diesen Maschinen sich die Ausschübe überdecken und infolgedessen die Auspuffanlage ständig von Abgas durchströmt wird.

Infolge des schlechten Ausnutzungswertes bei Einzyühdermaschinen war es bisher nötig, die Schalldämpfungsanlage verhältnismäßig groß zu bemessen, da zeitweilig durch die Schalldämpferanlage eines Einzylinderviertaktmotors die gleichen Gasmengen strömen mußten wie bei einem Vierzylinderviertaktmotor.

Daher ist bereits vorgeschlagen worden, zwischen dem Auslaßstutzen des Zylinders und dem Schalldämpfer einen größeren Hohlraum einzuschalten, um eine Speichervvirkung und damit ein langsameres Abströmen der Gase zu 'erreichen. Zwischen, der Erfindung und diesem bekannten Vorschlage bestehen jedoch grundlegende Unterschiede. Werden die Abgase vom Auslaßstutzen des Motors durch das Auslaßrohr in einen Raum und

dann zum Schalldämpfer geführt, so entstehen starke Wirbelverluste, weil entsprechend der starken Querschnittserweiterung die Geschwindigkeit des gesamten Abgases fast bis auf Null verringert wird; beim Austritt aus dem vergrößerten Raum wird das Abgas wieder beschleunigt. Die Folge sind starke Wirbeh'erluste, die wiederum Leistungsverluste bedingen. Außerdem könncn durch Reflexion an der Eintrittsstelle in den Raum, durch welchen die gesamten Abgase strömen, Resonanzerscheinungen auftreten, welche den Lauf des Motors bei bestimmten Drehzahlen ungünstig beeinflussen. J5 Demgegenüber vermeidet die Erfindung diese Nachteile dadurch, daß nicht das Gesamtgas durch den \'ergrößerten Raum geschickt und dadurch wiederholt verzögert und beschleunigt wird (ungünstige Rückwirkung infolge Wirbelbildung). Vielmehr wirkt der im Nebenschluß liegende Windkessel als Speicher. Der Schalldämpfer erhält sofort nach dem Öffnen des Auslaßventils eine entsprechende Menge Abgas, das nicht erst den Weg über den Windkessel zu nehmen gezwungen ist. Nur der Teil der Abgase, der von dem Schalldämpfer nicht während der Öffnungszeit des Auslaßventils verarbeitet werden kann, gelangt in den seitlichen Raum. Hierdurch wird, entsprechend der geringeren Menge des der Verzögerung und Beschleunigung ausgesetzten Speichergases, nur eine unwesentliche Geschwindigkeitsänderung des Gesamtstromes und dadurch eine erheblich kleinere Rückwirkung erzielt.

Es ist ferner bekannt, in Leitungen mit strömenden Medien Pufferräume anzubringen, welche Druckschwankungen ausgleichen sollen. Treten in diesen Leitungen Schwingungen auf, so ist die Aufnahmefähigkeit und damit die Arbeitsfähigkeit der Pufferräume durch den jeweiligen Schwingungs:- zustand an der Stelle bedingt, an welcher die Pufferräume von der Hauptleitung abge-4-5 zweigt werden. Es kann auf diese Weise geschehen, daß trotz starker Druckstöße infolge ungünstiger Schwingungsverhältnisse nur sehr kleine oder gar keine Wirkungen des Pufferraumes zu beobachten sind, ja sogar, daß der Pufferraum die zu unterdrückenden Schwingungen vergrößert. Man hat deshalb versucht, bei Brennkraftmaschinen die Menge der Abgase, welche dem Pufferraum zugeführt werden soll, zwangsläufig dadurch zu steuern, daß der Puiferraum durch eine gesteuerte Öffnung unmittelbar mit dem Zylinder des Motors in Verbindung gebracht wird. Diese Lösung bringt zwar den erwünschten Erfolg, macht jedoch besondere Steuerungswerte erforderlich, welche, falls sie fremd gesteuert sind.

einen besonderen Antrieb erfordern oder bei Selbststeuerung durch Einrosten der Federn und Ventile zu Störungen Anlaß geben.

Diese Nachteile werden durch die vor- S5 liegende Erfindung beseitigt. Es wird hierbei zur Steuerung der für den Pufferraum bestimmten Abgasmenge nicht ein besonderes Steuerorgan benutzt, sondern der zweite Zylinderauslaß. Auf diese Weise werden die Vorteile der Fremdsteuerung erreicht, ohne daß deren Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Die Erfindung erhöht also den Ausnutzungswert und verringert demzufolge die Abmessungen der Schalldämpferanlage. Die Erfindung ist in der Zeichnung schematiscli an Hand einiger Beispiele dargestellt; es bedeuten

Abb. ι und 2 Anordnung des Schalidämpfers bei zwei neben- bzw. hintereinanderliegenden Zylindern,

Abb. 3 und 4 Anordnung des Schalldämpfers für einen Zylinder mit Doppelauslaß mit eingebauter Drossel,

Abb. 5 Anordnung gemäß Abb. 3 und 4 unter Verwendung einer Rohrschlange an Stelle einer Drossel,

Abb. 6 bis 10 vergleichende Meßdiagramme. QO

Erfindungsgemäß gelangen die Abgase teils unmittelbar über einen Schalldämpfer D, teils mittelbar über einen Windkessel Vl'' 'und von dort über den Schalldämpfer D ins Freie. ·

Gemäß Abb. 1 und 2 gelangen die Abgase vom Zylinder Z₂ unmittelbar zum Schalldämpfer D, während die Abgase des Zylinders Z₁ zunächst in den Windkessel IV⁷ und von dort über die Überbrückungsleitung L in den Schalldämpfer und alsdann erst ins Freie strömen.

Bei Einzylindermaschinen gemäß den Abb. 3 bis S mit zwei Auslassen gelangen die Abgase aus dem Zylinder Z über die beiden Auslaßstutzen teils unmittelbar in den Schalldämpfer D, teils in den Windkessel W. Der in den Windkessel geleitete Teil der Abgase strömt nach' Schließung des Auslaßventils über die Überbrückungsleitung L zum SchalldämpferD.

Die Größe des Windkessels IV ist zweckmäßig gleich einem Mehrfachen des Zylinderinhalts der Maschine.

Der über das Seitenrohr in den Windkessel strömende Teil der Abgase wird dort gespeichert, bis der Druck vor dem Schalldämpfer D gesunken ist.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung ist aus den Kurvendarstellung«! gemaß den Abb. 6 bis 10 ersichtlich. Diese Abbildungen zeigen den mit einem Oszillo-

graphen aufgenommenen Druckverlauf im Innern der Auspuffanlage, und zwar die Abb. 6 und 9 bei einer Bauart, wie sie bisher üblich war, d. h. ohne parallel· geschalteten Windkessel, und die Abb. 7, 8 und 10 bei Anschaltung des Windkessels W. Den Oszillogrammen der Abb. 6 und 7 ist die Meßstelle A (bei Abb. 6 ohne und bei Abb. 7 mit Windkessel) und den Diagrammen der Abb. 8 bis 10 ist die Meßstelle B (bei Abb. 8 und 10 mit und bei Abb. 9 ohne Windkessel) zugeordnet.

Abb. 6 zeigt den Druckverlauf ohne Windkessel bei einmaliger Explosion und fest;-gehaltenem Auslaßventil. Die HOlIeA₁ gibt den höchsten Druck der Gaswelle an, welche in das Auspuffrohr gelangt. Sie beträgt nach dem Versuch etwa 2,8 Einheiten. Nach einer bestimmten ZeItZf₁ ist der Druck auf die Höhe A₄ gesunken. Diese Zeit I₁ entspricht der Öffnungszeit des Auslaßventils. Im Zylinder würde also ein Restdruck von· der Höhe A₁ bestehen bleiben. Durch diesen Restdruck wird selbstverständlich die angesaugte Frischgasmenge und. dadurch, die Leistung des Motors herabgesetzt.

Durch Anordnung des Windkessels W entsprechend der Erfindung verändern sich die Verhältnisse am Auslaßstutzen grundlegend (vgl. Abb. 7). Die Höhe der in das Auslaßrohr gelangenden Druckwelle ist auf A₂ = etwa 1,7 Einheiten gefallen. Der Druck am Ende der Öffnungszeit t_x ist ebenfalls auf A₅, die beträchtlich, kleiner als A₄ ist, gesunken, d.h. durch diese Anordnung wird außer den erwähnten Vorteilen eine Verringerung der Schalldämpferrückwirkung auf den Motor und damit eine Verringerung des Leistungsverlustes erreicht. Aus den Abb. 6 und 7 ist ferner ersichtlich, daß die Ausblasezeit durch Anordnung des WündfcesselsW erheblich vergrößert wird.

Abb. 8 zeigt die unmittelbar vor dem Schalldämpfer D auftretenden Verhältnisse.

Die von dem Auslaßstutzen des Zylinders, kommende Druckwelle durchläuft das Auslaßrohr bis zur Abzweigestelle. Ein Teil des Gases füllt den abgeschlossenen Windkessel auf, während nur ein geringer Teil durch den Schalldämpfer sofort abgeleitet' wird. Infolge der geringen Gasmenge vor dem Schalldämpfer sinkt der Druck an dieser Stelle sehr schnell auf den Wert Null (Abb. 8, Strecke β). Wenn der Druck auf Null gesunken ist, dehnt sich die in dem Windkessel eingeschlossene und aufgespeicherte Gasmenge über den Schalldämpfer D ins Freie (Abb. 8, Strecke b) aus. Da bei den Verhältnissen des Diagramms gemäß Abb. 6 zwisehen Meßstelle A tind B kein Gas entnommen wird, gibt die Messung in A auch ein Bild über den Druckverlauf an der Stelle/?. Beim Vergleich !der Abb. 6 mit Abb. 8 ist die Verbesserung durch, die Anschaltung des Windkessels deutlich zu erkennen.

Die Abb. 9 und 10 zeigen die in den Abb. 6 und 8 dargestellten Ergebnisse, jedoch unmittelbar am laufenden Motor gemessen. Infolge des Einflusses der Steuerung des Auslaßquerschnittes durch das Ventil zeigen die Kurven die Unterschiede nicht so klar wie die Abb. 6 und 8, besonders da der Grundschwingung des Gases in diesem Falle noch Oberschwingungen überlagert sind. Weil diese Oberschwingungen mit der Anordnung selbst in diesem Falle nichts zu tun haben, ist in den Abb. 9 und 10 der Verlauf der Grundschwingung- in das Kurvenbild gestrichelt leingetragen.

Die Abb. 9 zeigt den Druckverlauf vor dem Schalldämpfer ohne Windkessel. Nach der Zeit U₁ hat das Auslaßventil geschlossen, und der Druck vor dem Schalldämpfer ist, da kein Nachströmen von Gasen stattfindet, annähernd auf Null gefallen. Nach der Zeit T beginnt der neue Ausschubvorgang. Während der Zeit T bis t_L fließt also ,kein Abgas durch den Schalldämpfer.

Durch Anordnung des Windkessels verändert sich der Druckvierlauf entsprechend Abb. 10. Nach der Zeiti_t ist der Druck ebenfalls wieder annähernd auf Null gefallen, jedoch strömt jetzt nach Schließen des Auslaßventils während der Zeit T das in dem Raum gespeicherte Gas durch den Schalldämpfer ins Freie.

Damit ist nachgewiesen, daß durch Einbau eines Speicherraumes in der dargestellten Form die eingangs gestellte Forderung nach Erhöhung der Ausströmzeit erfüllt wurde. Trotzdem der Schalldämpfer nach Abb. 10 bereits kleinere Abmessungen und dadurch engere Gaswege besaß als der Dämpfer der Abb. 9, 'ist infolge der Verteilung der durchtretenden Gasmenge auf eine längere Zeit der Druck vor dem Schalldämpfer nicht gestiegen, sondern im Gegenteil noch gesunken.

Bei Anlagen entsprechend den Abb. i, 2 und 5 ist es möglich, bei mit zwei Schalldämpf ern ausgerüsteten Maschinen einen Schalldämpfer zu ersparen und auf diese Weise eine Verbilligung der Anlage zu erzielen. Wegen der somit erreichten Verringerung der abstrahlenden Öffnungsquerschnitte wird der Schall auf die Hälfte herabgesetzt.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß es vorteilhaft und gewöhnlich erforderlich ist, die Strömungswiderstände des Windkessels VV und des Schalldämfpers D einander anzupassen. Wenn nämlich der Strömungswiderstand des Windkessels zu gering

ist, so wird der Windkessel W zu schnell· aufgeladen, und er entlädt sich, selbst ebenfalls zu. schnell über den Schalldämpfer D ins Freie. Entsprechend der Erfindung wird deshalb entsprechend Abb. 3 vor dem Windkessel eine Drosselstelle VV angeordnet. Diese Drosselstelle kann beispielsweise so abgestimmt werden, daß der Strömungswiderstand der Drossel gleich, dem Strömungswiderstand des Schalldämpfers ist, so daß eine völlig gleichmäßige Verteilung der Abgase auf die beiden Seiten der Schalldämpferanlage erfolgt.

Es hat sich ferner als zweckmäßig herausgestellt, die Drosselstelle VV so zu legen, daß sie dem Hereinströmen der Abgase in den Windkessel keinen Widerstand entgegensetzt, sondern nur das Überströmen der gestauten Abgase von dem Windkessel zum Schalldämpfer regelt. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß nach Abb. 4 die DrosselstelleVV in die Leitung/, verlegt.

An Stelle von Drosseln VV kann auch eine künstliche Verlängerung der Zu- und/oder Überführungsleitung als Widerstandsregler vorteilhaft benutzt werden, wie in Abb. 5 schematisch dargestellt. In diesem Beispiel ist in die Überleitung L eine Rohrschlange L' eingeordnet, die so zu bemessen ist, daß ihr Strömungswiderstand demjenigen des Schalldämpfers/) angepaßt ist. Die Schlange L' ersetzt also die Drossel VV. Die Rohtfschlange L' kann jede beliebige zweckentsprechende Form besitzen.

Versuche haben femer ergeben, daß durch" Abstimmen der Größe des Windkessels VV zum Zylinderinhalt der Maschine infolge Resonanzerscheinungen eine starke Beeinflussung der Füllung zu erreichen ist. Es ist beispielsweise möglich, bei ein und derselben Maschine die Füllung und damit die Maschinenleistung durch Veränderung der Größe des Windkessels VV einmal beispielsweise bei Touren und ein anderes 3.IaI bei Touren gegenüber einer Anlage ohne Windkessel erheblich zu steigern. Man hat es also auf diese Weise in der Hand, durch Bemessung der Größe des Windkessels die Bestleistung der Maschine in ein Drehzahlgebiet zu legen, bei welcher diese Leistung am meisten benötigt wird. So kann man bei Rennmaschinen die Leistung im höchsten Drehzahlbereich auf diese Weise erheblich verbessern.

Schließlich ist es möglich, durch den Windkessel für den Teil der Abgase, welche durch den Hohlraum aufgenommen werden, eine wirksame Schalldämpfung zu erreichen, indem im Windkessel normale Elemente akustischer Filter angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche:

I. Schalldämpfer für Zweitaktbrennkraftmaschinen von Motorrädern mit zwei Zylindern mit je einem Auslaß oder mit einem Zylinder und zwei Auslässen, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Auslaß mit einem Schalldämpfer (D) und der andere mit einem vorteilhaft als akustisches Filter ausgebildeten Windkessel (VV) und dieser oder dessen Zuleitung wieder mit dem Schalldämpfer des ersten Auslasses verbunden ist.
2. Schalldämpfer nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß in der Windkesselzuleitung oder/und Überbrückungsleitung (L) vom Windkessel zum Schalldämpfer eine oder mehrere regelbare Drosseln (W) vorgesehen sind.
3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windkesselzuleitung oder/und die Überbrückungsleitung vom Windkessel zum Schalldämpfer künstlich verlängert ist, beispielsweise durch Einordnung einer Rohrschlange (L').

U ii'rzu ι Blatt Zeichnungen