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STAND DER
TECHNIK
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Auf
die Entwicklung von Auspufftöpfen,
die die Schallkomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen dämpfen, ohne
den von dem Auspufftopf verursachten Gegendruck um eine Größe zu erhöhen, die
die Maschinenleistung merklich verringert, wurden beträchtliche
Anstrengungen gerichtet. Meine frühere US-Patentanmeldung 5,574,914,
die Gegenstand des Reexaminationszertifikats 1599 ist, offenbart
beispielsweise einen Auspufftopf, der nicht nur bei der Schalldämpfung äußerst effektiv
ist, sondern auch den Gegendruck reduzieren kann, wenn er bei Rennwagen
eingesetzt wird.
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Der
Auspufftopf des US-Patents 4,574,914 basiert auf dem Vorsehen einer
Trennwandanordnung, die zuerst die ankommenden Abgase aufteilt und
sie zum Strömen
längs gegenüberliegender
Seitenwände
des Auspufftopfs bringt, wonach die Trennwandanordnung die Abgase
veranlasst, sich wieder für
den Durchgang durch eine gemeinsame Öffnung vor dem Austritt aus
dem Auspufftopf zu vereinigen. Die Trennwandanordnung in dem Auspufftopf
des US-Patents 4,574,914
erzeugt einen Niederdruckbereich hinter der ersten Trennwand und
ist zur Schalldämpfung
aufgrund des Zusammenschließens
der geteilten Abgase vor der Öffnung
in der zweiten Trennwand äußerst wirksam.
Man nimmt an, dass die Divergenz und die anschließende Konvergenz der
Abgase zu Schallkomponenten führt,
die einander zur Bewirkung der Schalldämpfung auslöschen.
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1 der
beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht die Auspufftopfanordnung
meines früheren
US-Patents 4,574,914. Man sieht aus 1, dass
die Auspufftopfanordnung ein insgesamt mit 21 bezeichnetes
Gehäuse
aufweist, das hohl ist und gegenüberliegende
Seitenwände 22 und 23 hat,
an denen die vordere Stirnwand 24 und die hintere Stirnwand 26 vorzugsweise
durch Verschweißen
an Schweißnähten 27 befestigt
sind. In dem hohlen Gehäuse 21 sind
eine Einlassöffnung 28 und
eine Auslassöffnung 29 ausgebildet,
die in diesem Fall jeweils an den Stirnwänden 24 und 26 ausgebildet
sind. Gewöhnlich
wird das Gaseinlassrohr 31 aus einer Maschinensammelanordnung
in der Öffnung 28 beispielsweise
durch Verschweißen
bei 32 befestigt. Auf ähnliche
Weise kann ein Abgasauslassrohr 33 bei 34 an der Öffnung 29 in
dem Stirnwandelement 26 der Auspufftopf-Gehäuseanordnung 21 angeschweißt sein.
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In
dem Auspufftopfgehäuse 21 ist
eine Trennwandanordnung angeordnet, die insgesamt mit 36 bezeichnet
ist. Die Trennwandanordnung 36 ist ausgebildet, um zunächst einströmende Abgase, was
durch Pfeile 37 angezeigt ist, aufzuteilen und ihre Divergenz
zu den Seitenwänden 22 und 23 des Gehäuses 21 hin
herbeizuführen.
In dem Auspufftopf von 1 wird ein einzelner Strom oder
Fluss von Gasen oder Gasimpulsen in zwei Unterströme oder Unterflüsse mit
grob gleichem Volumen aufgeteilt. In anderen Anordnungen kann die
Aufteilung der zuströmenden
Gase dazu gebracht werden, in einer Ringströmung zu fließen, beispielsweise
wenn die erste Trennwand in der Anordnung ein Konus ist.
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Die
Anordnung 36 führt
auch zu einem Zusammenschließen
der längs
der gegenüberliegenden
Wände 22 und 23 strömenden Abgase,
so dass die Abgase zusammenkommen und durch eine Öffnung 39 als
ein einziger Strom geführt
werden, was durch Pfeile 41 angezeigt ist. Danach strömen die Abgase
aus dem Gehäuse 21 durch
die Öffnung 29 und
das Abgasrohr 33 ab, was durch Pfeile 42 angezeigt
ist.
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Es
werden zahlreiche Änderungen
des in 1 gezeigten bekannten Auspufftopfes verwendet,
wozu vielfach divergierende und konvergierende Trennwandanordnungen
im Gehäuse 21 gehören, wie
es in den Zeichnungen des US-Patents 4,574,914 gezeigt ist. Darüber hinaus
ist die Einlassöffnung 28 manchmal
in der Nähe
einer der Seitenwände 22 und 23 positioniert,
und es wird eine Trennwand dazu verwendet, zuströmende Abgase von einer Seitenwand-Einlassstelle in
die Nähe
der Mitte des Auspufftopfes zum Abgeben auf die Trennwandanordnung 36 zu
richten.
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In
der in 1 gezeigten Form hat die Trennwandanordnung 36 eine
V-förmige
erste Trennwand 43 mit einem Scheitel 44, der
sehr nahe am Ende des Abgaseinlassrohrs 31 angeordnet ist.
Der Scheitel 44 der V-förmigen
Trennwand 43 ist vorzugsweise auch bezüglich des einströmenden Abgasstroms 37 so zentriert,
dass er den Strom in annähernd
gleiche Unterflüsse
oder -ströme 38 aufteilt.
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Die
Trennwandanordnung 36 hat auch vorzugsweise eine zweite
Trennwandeinrichtung, die vorzugsweise von einem einzigen Trennwandelement 46 gebildet
wird, das eine zentrale Öffnung 39 aufweist.
Bevorzugt wird, dass das Element 46 zur Öffnung 39 hin
konvergent ist, obwohl das gleiche Zusammenführen oder Konvergieren der
Abgase 41 erzeugt wird, wenn das Element 46 sich
lediglich gerade quer über
das Gehäuse 21 in
einer Ausrichtung senkrecht zu den Wänden 22 und 23 erstreckt.
Man sieht auch, dass die zweite Trennwandeinrichtung 46 in
Form von zwei Trennwandelementen vorgesehen werden könnte, von
denen jedes sich von einer gegenüberliegenden
Seitenwand aus erstreckt, um als Teil oder in Kombination mit dem
Gehäuse 21 dazwischen
die Öffnung 39 zu
bilden.
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Bei
meinem bekannten Auspufftopf wird bevorzugt, dass die erste Trennwand 43 im
Wesentlichen durchbrechungsfrei über
der Breitenabmessung ist, obwohl eine Perforation in vorteilhafter
Weise vorgesehen werden kann, wie es in meinem US-Patent 5,123,502
angegeben ist, um jeden angesammelten unverbrannten Kraftstoff zu
zünden,
der sich hinter der ersten Trennwand 43 ansammeln kann.
Darüber
hinaus erstreckt sich die erste Trennwand 43 vorzugsweise über der
gesamten Höhe
der Auspufftopfanordnung.
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In
gleicher Weise ist die zweite Trennwand 46 vorzugsweise
im Wesentlichen durchbrechungsfrei, mit Ausnahme der Öffnung 39.
Die zweite Trennwand 46 erstreckt sich vorzugsweise ebenfalls über die
volle Höhe
des Gehäuses 21.
Obwohl der Auspufftopf meines bekannten Patents vorzugsweise eine
Höhenabmessung
hat, die kleiner als die Breitenabmessung des Gehäuses 21 ist,
nimmt man beim breitesten Aspekt der vorliegenden Erfindung an,
dass die Vorteile des reduzierten Gegendrucks und einer gesteigerten
Schalldämpfung
vorliegen, wenn das Gehäuse 21 gleiche
Höhen-
und Breitenabmessungen entweder in Form eines quadratischen oder
eines zylindrischen Gehäuses
hat. Darüber
hinaus nimmt man beim breitesten Aspekt der vorliegenden Erfindung
an, dass die Gegendruckverringerung und die Schalldämpfungssteigerung
auch bei divergierenden-konvergierenden Auspufftöpfen auftreten, wie es beispielsweise
bei den Auspufftopfanordnungen nach dem Stand der Technik der Fall
ist, wie sie in dem US-Patent 624,062 und 2,485,555 sowie bei dem
Auspufftopf des britischen Patents 285,605 gezeigt sind.
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Obwohl
der Auspufftopf meines früheren
Patents hocheffektiv und in breitem Umfang sowohl in Rennwägen als
auch in Straßenkraftfahrzeugen
verwendet wird, ist es immer in hohem Maße erwünscht, in der Lage zu sein,
den Auspufftopfgegendruck weiter zu reduzieren und gleichzeitig
die Schallkomponenten weiter zu dämpfen, die in den Abgasen mitgeführt werden.
Da der in den Abgasen aus Brennkraftmaschinen mitgeführte Schall
aus einem weiten Bereich von Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen
besteht, ist es darüber
hinaus in hohem Maße
erwünscht,
ausgewählte
Frequenzen, die unangenehm zu hören
sind, herauszufiltern oder zu dämpfen.
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Die
US 5,123,502 offenbart einen
kompakten schalldämpfenden
Auspufftopf für
eine Brennkraftmaschine oder dergleichen. Der Auspufftopf hat eine sich
divergierend verjüngende
Trennwand, die in der Nähe
des Einlasses des Auspufftopfs angeordnet ist, um die Abgase in
zwei Impulsströme
mit ähnlichen Schallfrequenzen
aufzuteilen. Der Auspufftopf kann auch eine konvergierende Trennwand
aufweisen, durch welche die Abgase hindurchgehen müssen, auf
die eine zweite divergierende Trennwand folgt, um die Aufteilung
der Abgase rückgängig zu
machen, bevor sie wieder zum Austritt des Auspufftopfs hin konvergieren.
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Leistung von
Auspufftöpfen
weiter zu steigern, die auf dem Teilen und dann Wiederzusammenführen von
Abgasen basieren, um so eine Schalldämpfung zu bewirken.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steigerung der Schalldämpfung von ausgewählten Frequenzen
für Auspufftöpfe bereitzustellen,
die auf der Teilung von zuströmenden
Gasen und ihrem anschließenden
Aufeinander-zu-Richten basieren, um die Schalldämpfung zu bewirken.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Verringern des Gegendrucks in einem Auspufftopf
bereitzustellen, der einen Trennwandaufbau zur Herbeiführung eines
divergenten-konvergenten Abgasstroms verwendet.
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Der
Auspufftopf und das Verfahren der vorliegenden Erfindung haben weitere
Ziele und Vorteilsmerkmale, die stärker im Einzelnen in der folgenden
Beschreibung des besten Verfahrens zur Durchführung der vorliegenden Erfindung
und den beiliegenden Zeichnungen aufgeführt sind und daraus ersichtlich
werden.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird ein Auspufftopf nach Anspruch 1
und ein Verfahren zum Verringern des von einem Auspufftopf erzeugten
Gegendrucks nach Anspruch 22 bereitgestellt.
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Der
Auspufftopf der vorliegenden Erfindung hat, kurz ausgeführt, ein
hohles Gehäuse
mit Seitenwänden
und einer Abgaseinlassöffnung
und einer Abgasauslassöffnung,
die darin ausgebildet sind, eine erste Trennwand, die an dem Gehäuse befestigt und
so ausgebildet und positioniert ist, dass sie eine Divergenz des
von der Einlassöffnung
kommenden Abgasstroms nach außen
zu den gegenüberliegenden
Seitenwänden
innerhalb des Gehäuses
erzeugt, eine zweite Trennwand, die in dem Gehäuse zwischen der ersten Trennwand
und einer Auslassöffnung
befestigt ist, die zur Bildung eines Teils einer zweiten Trennwandöffnung und
dazu ausgebildet ist, die divergierenden Abgase wieder zusammenzuführen und
durch die zweite Trennwandöffnung
vor der Abgabe aus der Gehäuseauslassöffnung zu
führen. Der
Auspufftopf der vorliegenden Erfindung hat weiterhin eine Zwischentrennwand,
die in dem Gehäuse zwischen
der ersten Trennwand und der zweiten Trennwand für den Durchgang der Abgase
von der ersten Trennwand zur zweiten Trennwand in einem im Wesentlichen
ununterbrochenen Strom befestigt ist. Die Zwischentrennwand leitet
einen Teil der Schallkomponente in den Abgasen von der zweiten Trennwandöffnung weg
und zu der Rückseite
der ersten Trennwand hin. Die Zwischentrennwand kann vorteilhafterweise
mit einer konkaven Frontfläche versehen
sein, die von der zweiten Trennwandöffnung wegweist.
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Das
Verfahren zur Schalldämpfung
und/oder zur Verringerung des Gegendrucks in einem Auspufftopf,
der eine Trennwandanordnung hat, die so ausgebildet ist, dass zuströmende Abgase
für eine
Divergenz zu gegenüberliegenden
Seiten und für
eine Konvergenz der aufgeteilten Gase zum Zusammenströmen zu einer
gemeinsamen Öffnung
der vorliegenden Erfindung aufgeteilt werden, umfasst kurz gesagt
den Schritt der Befestigung einer Zwischentrennwand derart, dass
sie sich teilweise quer über das
Innere des Auspufftopfs in einem Abstand vor der Öffnung und
in einem Abstand hinter einer ersten Trennwand in der Trennwandanordnung
erstreckt. Die Zwischentrennwand wird für einen im Wesentlichen unbehinderten
Durchgang der Abgase von der ersten Trennwand zu einer zweiten Trennwand
in der Trennwandanordnung ausgebildet, während die Schallkomponenten
von der Öffnung
weg gerichtet werden.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine geschnittene Draufsicht auf eine Auspuffanordnung nach dem
US-Patent 4,574,914.
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2 ist
eine entsprechend 1 geschnittene Draufsicht einer
Auspuffanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Stirnansicht der Auspuffanordnungen von 1 und 2.
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4 ist
eine graphische Darstellung des Gegendrucks als Funktion der Motordrehzahl
für die Auspuffanordnungen
von 1 und 2.
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5 ist
eine graphische Darstellung des Auspufftopflärms als Funktion der Motordrehzahl
für Auspufftöpfe von 1 und 2 und
zeigt Daten, die gleichzeitig mit den Gegendruckdaten von 4 umfasst
werden.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Ich
habe festgestellt, dass die Hinzufügung einer schalldämpfenden
oder reflektierenden Trennwand zu der Auspuffanordnung meines früheren US-Patents
4,574,914 beträchtliche
Verringerungen des Auspufflärms
oder eine Steigerung der Schalldämpfung
erzeugt, ohne den Gegendruck des Auspufftopfes zu erhöhen. Tatsächlich wird
durch die Hinzufügung
der schalldämpfenden
Trennwand zu einem früheren
Auspufftopfaufbau der Gegendruck nicht nur nicht erhöht, vielmehr
wird der Gegendruck tatsächlich
beträchtlich
unter die bereits niedrigen Gegendruckpegel verringert, die von
meinem früheren
Auspufftopf erzeugt werden.
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Da
die meisten Komponenten der bevorzugten Form der Auspufftopfanordnung
der vorliegenden Erfindung identisch zu den Komponenten des in 1 gezeigten
Auspufftopfs sind, wurden in 2 und 3 zur
Bezeichnung gemeinsamer Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Da angenommen wird, dass die Vorteile der Schalldämpfung in
Auspufftöpfen
beispielsweise nach den US-Patenten 624,062 und 2,485,555 und dem UK-Patent
285,604 auftreten, soll unabhängig
davon der Auspufftopf der vorliegenden Erfindung nicht als im Rahmen
des Auspufftopfs als begrenzt angesehen werden, wie er in dem US-Patent
4,574,914 definiert ist.
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Bei
der Auspufftopfanordnung nach der vorliegenden Erfindung können eine
verbesserte Schalldämpfung
und ein verringerter Gegendruck dadurch erreicht werden, dass eine
Zwischentrennwand 51 im Gehäuse 21 zwischen und
im Abstand von jeder der ersten Trennwand 43 und der zweiten
Trennwand 46 festgelegt wird, wie am besten in 2 zu
sehen ist. Die schalldämpfende
Zwischentrennwand 51 ist so ausgebildet, dass sie einen
Strom der Abgase 38 von der ersten Trennwand 43 zur
zweiten Trennwand 46 vorbei an der Zwischentrennwand zulässt, ohne
den Strom der Abgase wesentlich zu behindern oder zu unterbrechen.
Darüber
hinaus hat die Zwischentrennwand eine Fläche 53, die vorzugsweise
eine konkave oder becherförmige
Fläche
ist, die der ersten Trennwand 43 zugewandt ist, um wenigstens
einige der Schallkomponenten in den Abgasen in eine Richtung weg
von der zweiten Trennwandöffnung 39 zu
reflektieren oder zu richten, so dass solche neu gerichteten Schallkomponenten
gedämpft
werden, bevor sie aus dem Auspufftopfgehäuse 21 austreten.
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Vergleicht
man die 1 und 2, so sieht man,
dass nur drei Änderungen
an der Auspufftopfanordnung von 1 ausgeführt wurden.
Als Erstes wurde die Zwischentrennwand 51 im Gehäuse 21 befestigt,
und als Zweites wurde die zweite Trennwand 46 nach rechts
um die Entfernung x verschoben oder das Gehäuse 21 verlängert. Diese
beiden Änderungen
erzeugen beträchtliche
Verbesserungen bei der Leistung des Auspufftopfs von 2 verglichen
mit dem Auspufftopf von 1. Die dritte Änderung,
die ausgeführt
wurde, um zu versuchen, die Daten vergleichbar zu halten, die jedoch
für die
vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist, besteht darin, dass
das Gehäuse 21 um
die Entfernung x verlängert
worden ist.
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An
dem gleichen Motor, nämlich
einem Chevrolet-V-8-Motor mit 350-Kubikzoll-Doppelauspuff in der Bauweise, wie sie
von Chevrolet bei seinen LT-1 CORVETTE-Kraftfahrzeugen verwendet wird, werden
zwei Auspufftöpfe
von 1 und zwei Auspufftöpfe von 2 untersucht.
Die Versuche wurden in einer Dynanometerzelle oder in einem Dynanometerraum
ausgeführt,
in der/dem die Schallwandler nur vier Fuß vom Ende der beiden Auspuffrohre 33 entfernt
waren. Es wurden die Schalllautstärkemessungen unüblich nahe
an den Auspuffrohren ausgeführt und
umfassen Motorgeräusch
sowie Nachhall in dem Dynamometerraum. Diese Daten sollen deshalb
nur als Daten angesehen werden, die zum Vergleich der beiden Auspufftöpfe unter
gleichen Bedingungen verwendet werden, anstatt als Daten, die nach
den SAE-Vorbeifahrnormen oder durch einen anderen Norm-SAE-Test
genommen werden. Der Druckwandler wurde an dem Einlasssammelrohr 31 unmittelbar
vor dem Auspufftopf angeordnet. Die Motordrehzahl wurde in Schritten
von 250 UpM erhöht
und bei jeder Drehzahl lange genug aufrechterhalten, um die jeweiligen
Ablesungen zu stabilisieren. Die Druck- und Lautstärkemessungen
erfolgten gleichzeitig.
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Wie
aus 4 zu sehen ist, begann der von dem Auspuff von 1 erzeugte
Gegendruck anfänglich
bei etwa 0,2 Pfund pro Quadratzoll bei etwa 1500 UpM und stieg auf
etwa 0,9 Pfund pro Quadratzoll bei etwa 5500 UpM an. Die Gegendruckzunahme war
in etwa linear und kann als relativ langsam, jedoch nicht kleiner
als das angesehen werden, was man ohne Auspufftopf an einem Straßenfahrzeug dieser
Größe und Abstimmung
erwarten würde.
Bei größeren hochgetunten
Rennmotoren können
Gegendrucke unter dem eines geraden Rohrs bei Verwendung des Auspufftopfs
von 1 erhalten werden.
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In 4 ist
jedoch zu sehen, dass der Auspufftopf von 2 bei einem
Gegendruck von etwa 0,2 bei 1500 UpM beginnt und bei einen Gegendruck von
nur 0,6 bei 5500 UpM zunimmt. Somit besteht eine Reduzierung des
Gegendrucks von etwa 1/3 bei hohen Drehzahlen durch Wechseln von
der Auspufftopfanordnung von 1 zur Auspufftopfanordnung von 2.
Darüber
hinaus kann als Ergebnis der Verwendung des Auspufftopfs von 2 eine
Verbesserung des Gegendrucks über
einem weiten Bereich von Motordrehzahlen erreicht werden.
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Obwohl
der in 4 gezeigte Gegendruckabfall von der Auspufftopfanordnung
von 2 nur eine geringe Leistungsverbesserung bei dem
Chevrolet-Motor mit 350 Kubikzoll erzeugte, nimmt man weiterhin
an, dass die Auspufftopfanordnung von 2 benutzt
werden kann, dass beträchtliche
Leistungssteigerungen bei höhergetunten
und stärkeren Rennmotoren,
insbesondere bei höheren
Drehzahlen erzeugt werden können,
bei denen die Motoren am häufigsten
arbeiten. Zusätzlich
sollte der niedrigere Gegendruck, der von dem Auspufftopf von 2 erzeugt
wird, einen besseren Kraftstoffwirkungsgrad und einen weicheren
Leerlauf erzeugen, wobei bei Anwendungen beispielsweise in Wohnwagen
mit einem einzigen Auspuffrohr erwartet wird, dass der Leistungsanstieg
beträchtlich
ist.
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In 5 wurde
die relative Lautstärke
oder die Dezibel-Ablesung auf der A-Skala für den Motor gemessen. Für den Auspufftopf
von 1 reicht der gemessene Lautstärkenbereich von etwa 109 dbA bis
etwa 128 dbA. Wenn der Auspufftopf von 2 verwendet
wurde, ergab sich jedoch, dass der relative Lautstärkenbereich
von 106 dbA bis 127 dbA über einen
entsprechenden Bereich von Motordrehzahlen reicht. Wie darüber hinaus
zu sehen ist, fiel die relative Lautstärke um etwa 2 bis 3 dbA über tatsächlich dem
ganzen Bereich von Motordrehzahlen. Da die Dezibelskala eine logarithmische
Skala ist, wird eine Schalldämpfungsverbesserung
von 2 bis 3 dbA als ziemlich beträchtlich angesehen.
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Obwohl
ein Schallspektrumanalysator zum Analysieren der Frequenzen, die
die gesamten relativen Lautstärkendezibelablesungen
von 5 erzeugten, nicht zur Verfügung stand, zeigten darüber hinaus
subjektive Schallbeobachtungen, was als sehr wesentlich angesehen
wird, dass der Auspufftopf von 2 eine viel
gefälligere
Kombination der sich ergebenden Schallfrequenzen verglichen mit dem
Auspufftopf von 1 hatte. Wie nachstehend erörtert wird,
werden diese subjektiven Beobachtungen bestätigt, wenn die Position und
Form der Zwischentrennwand 51 geändert wurde. Obwohl quantitative
Messungen ohne einen Schallspektrumanalysator nicht möglich sind,
wurde es aus dem subjektiven oder qualitativen Hören seitens des Beobachters klar,
dass das Frequenzspektrum des von dem Auspufftopf von 2 emittierten
Schalls variiert werden konnte, indem die Zwischentrennwand 51 näher an der
ersten Trennwand 43 oder weiter von ihr weg positioniert
wurde. In gleicher Weise konnte das Spektrum der gedämpften Frequenzen
geändert
werden, indem die Form der Trennwand 51 entweder für sich oder
in Kombination mit der Form der ersten Trennwand 43 geändert wurde.
Dies ist deshalb äußerst wichtig,
da man annimmt, dass die Form und Stelle der Zwischentrennwand 51 geändert werden
kann, um den Auspufftopf zur Dämpfung
unerwünschter Schallfrequenzen
abzustimmen und um akzeptablere Frequenzen zu ermöglichen,
alles ohne den Auspuffgegendruck wesentlich zu steigern und stattdessen
zu verringern.
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Unter
Bezug auf 1 und 2 wird hypothetisch
angenommen, dass sich mehrere Phänomene
aus der Leistungssteigerung erklären,
die von der Zwischentrennwand 51 erzeugt wird. Zunächst werden
die in den Auspuff 21 eintretenden Schallkomponenten in
den eintretenden Abgasen und koaxial dazu relativ mitgerissen. Wenn
sie auf den ersten Deflektor oder die erste Trennwand 43 treffen,
werden sie jedoch von der ersten Trennwand reflektiert und divergieren
zunehmend von dem Strom der Abgase aus oder werden dazu quer verlaufen.
Wenn sich die Abgase zwischen dem ersten Deflektor 43 und
der Trennwand 46 bewegen, nimmt man an, dass eine wesentliche
Anzahl der Schallkomponenten nach innen zu der Trennwand 51 und
der kuppenförmigen oder
konkaven Fläche 52 reflektiert
wird. Bei meinem Auspufftopf nach dem Stand der Technik würden diese
Komponenten einfach durch die zweite Trennwandöffnung 39 hindurchgehen,
bei dem Auspufftopf von 2 treffen sie jedoch auf die
Trennwand 51 und werden in eine Richtung von der Öffnung 39 weg zu
der Rückseite 53 der
ersten Trennwand 43 hin reflektiert. Die Rückseite 53 der
Trennwand 43 neigt ihrerseits dazu, die Schallkomponenten
zurück
zu der Zwischentrennwand 51 zu reflektieren. Somit werden die
Schallkomponenten zwischen den Flächen 52 und 53 hin
und her zurückgeworfen
und neigen dazu, einander in dem Raum 54 zwischen den Trennwänden 43 und 51 auszulöschen oder
zu dämpfen.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt ist, können
sowohl die erste Trennwand 43 als auch die Zwischentrennwand 51 breit
gesehen als kuppenförmig,
becherförmig
oder konkav-konvex angesehen werden. Man sieht jedoch, dass die
konkav-konvexe Form durch planare Flächen angenähert wird. Es ist jedoch für jede oder
alle Trennwände 43, 46 und 51 möglich, dass
sie als zylindrische oder gekrümmte
oder Kugelflächen
ausgebildet werden. Die nach hinten weisende konkave gekrümmte Fläche 53 einer
solchen Trennwand 43 kann dann dazu verwendet werden, auf
eine nach vorne weisende gekrümmte
Fläche 52 an
der Zwischentrennwand 51 zu fokussieren und damit zusammenzuwirken.
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Obwohl
die Schallkomponenten quer zu den Gasen laufen, neigen die Gase
dazu, zu den gegenüberliegenden
Seitenwänden 22 und 23 des
Gehäuses
vorbei an der Zwischentrennwand 51 zu strömen. Obwohl
eine bestimmte seitliche Erstreckung der Zwischentrennwandenden 56 über die
ersten Trennwandenden 57 hinaus akzeptabel und sogar vorteilhaft
hinsichtlich der Schalldämpfung
sein kann, nimmt man an, dass das Paar von Zwischentrennwandöffnungen 58 zwischen
den Enden 56 der Seitenwände 22 und 23 eine
Fläche
haben sollte, die verglichen mit den ersten Trennwandöffnungen 59 zwischen
den Enden 57 und den Gehäuseseitenwänden 22 und 23 nicht
wesentlich eingeschränkt sein
sollte. Darüber
hinaus sind Zwischentrennwandöffnungen 58 vorzugsweise
in Längsrichtung
fluchtend zu den ersten Trennwandöffnungen 59 so ausgerichtet,
dass Abgase, die zwangsweise nach außen gegen die gegenüberliegenden
Wände 22 und 23 geführt werden,
glatt über
die Zwischentrennwand 51 hinausströmen, ohne dass die Trennwand 51 die Strömung merklich
unterbricht oder behindert. Da die Wirkung der Zwischentrennwand 51 darin
besteht, den Gegendruck in dem Auspufftopf abzusenken, ist es jedoch
akzeptabel, die Enden 56 zu vergrößern oder zu verlängern und
die Öffnungen 58 der
Zwischentrennwand etwas zu verringern, um weitere Schalldämpfung zu
erreichen, ohne den Gegendruck über
den des Auspufftopfs von 1 hinaus zu treiben. Die genauen
Grenzen einer solchen Vergrößerung sind
zur Zeit nicht bestimmt, jedoch wird für die Zwischentrennwand 51,
wie sie hier verwendet wird, davon ausgegangen, dass sie den Gasstrom
nicht wesentlich unterbricht oder behindert, wenn der Auspufftopf-Gegendruck nicht
merklich über
den erhöht wird,
der in einem entsprechenden Auspufftopf in der Bauweise auftritt,
wie sie für
den Stand der Technik gezeigt ist.
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Es
wird weiter angenommen, dass die Reduzierung des Gegendrucks in
dem Auspufftopf von 2 das Ergebnis irgendeiner der
drei möglichen Quellen
sein kann. Zuerst zeigt ein Vergleich von 1 und 2,
dass sich der Abgasstrom 38 in 1 früher abbiegen
muss, um um die Enden 57 der ersten Trennwand 43 herum
vorwärtszukommen. Im
Gegensatz dazu ermöglicht
in 2 die vergrößerte Gehäuselänge x, die
die Anordnung der Zwischentrennwand 51 aufnimmt, dass die
Abgase 38 zunächst
allmählich
an den ersten Trennwandöffnungen
umgelenkt werden, dann parallel zu den Seitenwänden 22 und 23 über die
Entfernung zwischen der ersten Trennwand und der Zwischentrennwand
strömen
und schließlich
die Gase 38 wieder durch die zweite Trennwand 46 so
abgebogen werden, dass die beiden Abgasströme 38 wieder zur Vereinigung miteinander
gebracht werden, wenn sie durch die zweite Trennwandöffnung 39 hindurchgehen.
Somit werden bei dem Auspufftopf von 2 die Gase nicht
so radikal umgerichtet, wenn sie um die erste Trennwand 43 herumgehen.
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Ein
zweites Phänomen,
das auftreten kann, besteht darin, dass, wenn die Abgase 38 von
den ersten Trennwandenden 57 zu den Zwischentrennwandenden 60 strömen, ein
Venturi-Effekt bezüglich des
Raums 54 vorhanden sein kann, der den Druck in dem Raum 54 absenkt.
Eines der bekannten Merkmale des Auspufftopfs von 1 besteht
darin, dass der Druck hinter der ersten Trennwand 43 als
Folge des Fluidstroms und der Schallauslöschung, die hinter der ersten
Trennwand auftritt, wesentlich reduziert wird. Dieser niedrigere
Druck hat einen Ausschwemmeffekt, der den Gegendruck des Auspufftopfs
dazu bringt, dass er relativ niedrig ist. In dem Auspufftopf von 2 kann
ein zusätzliches
Ausspülen
aus dem Fluidstrom quer über
den Spalt zwischen den Trennwänden 43 und 51 resultieren.
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Schließlich kann
die zusätzliche
Schalldämpfung
oder -löschung,
die zwischen der ersten Trennwand 43 und der Zwischentrennwand 51 erzeugt
wird, einen Druckabfall herbeiführen.
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Der
Auspufftopf von 2 hat die beste Leistungssteigerung
gegenüber
dem Auspufftopf von 1 insoweit erreicht, als es
durch begrenztes Prüfen
und die gegenwärtig
zur Verfügung stehende
Instrumentierung bestimmt werden kann, es wurden jedoch auch andere
Konfigurationen für
eine schalldämpfende
Zwischentrennwand 51 geprüft.
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Zunächst wurde
die Trennwand 51 näher
zur Trennwand 43 bewegt. In der in 2 gezeigten
Version betrug der Abstand der Zwischentrennwandenden 56 von
den ersten Trennwandenden 57, die die Daten von 3 ergeben,
etwa 2,25 Zoll. Dieser Abstand wurde jedoch auf 2 Zoll, 1,5 Zoll
bzw. 1 Zoll reduziert. Die gesamte Schalldämpfung, gemessen auf der dbA-Skala, war in etwa
konstant bei etwa 2 bis 3 dbA, bei 1 Zoll trat jedoch eine hohe
Resonanz der Frequenzen auf, die subjektiv für das Ohr sehr unangenehm war.
Wenn die Zwischentrennwand 51 von 1 Zoll auf 2,25 Zoll
bewegt wurde, änderte
sich das Frequenzspektrum dramatisch zu dem Punkt hin, dass bei
2,25 Zoll, wie in 2 gezeigt ist, ein sehr angenehmes
Gesamtgeräusch
bei tatsächlich
allen Motordrehzahlen erzeugt und die Gesamtlautstärken-Schallreduzierung
von etwa 2 bis 3 Dezibel ebenfalls erreicht wurde. Somit kann eine
Längspositionierung
der Zwischentrennwand 52 bezogen auf die erste und die
zweite Trennwand als Frequenzabstimmverfahren sowie als Gesamtlautstärken-Reduzierungstechnik
verwendet werden.
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Aufgrund
der begrenzten Prüfung
scheint es, dass die Zwischentrennwand 51 in Längsrichtung hinter
der Trennwand 43 mit einem Abstand angeordnet werden sollte,
der wenigstens gleich der kleinsten Breite der ersten Trennwandöffnungen 59 ist.
Bei der am meisten bevorzugten Form wird die zweite Trennwand 46 in
Längsrichtung
weiter hinten von der ersten Trennwand 43 um eine Größe positioniert,
die gleich der Summe des hinteren Abstands der Zwischentrennwand 51 und
des ursprünglichen
Abstands der Trennwand 46 von der Trennwand 43 ist, der
bei dem Auspufftopf in der Bauweise von 1 verwendet
würde.
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Zweitens
wurde die Form der Trennwand 51 von der in 2 gezeigten
in eine Trennwand geändert,
die identisch zur ersten Trennwand 43 ist und nur in eine
entgegengesetzte Richtung weist. Es zeigte sich, dass sich sowohl
eine Schalldämpfung als
auch eine Gegendruckverringerung einstellten, jedoch wieder das
Frequenzspektrum nicht so angenehm wie die Frequenzen war, die sich
aus der Konfiguration von 2 ergaben.
Unabhängig
davon hatten Formänderungen
eine Wirkung auf das Frequenzspektrum. Man nimmt an, dass beispielsweise eine
zylindrische oder eine sphärisch
konkave Oberfläche 52 noch
effektiver in der Abstimmung des Frequenzspektrums zu einem gefälligen Ganzen
hin sein kann, jedoch ist die Fertigung von sphärisch konkaven Trennwänden etwas
schwieriger.
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Wenn
die Zwischentrennwand sphärisch oder
zylindrisch konkav ist, nimmt man an, dass die erste Trennwand 43 vorteilhafterweise ähnlich ausgebildet
sein sollte, so dass die nach hinten weisende konkave Fläche 53 mit
einer konkaven Frontfläche 52 an
der Zwischentrennwand zusammenwirkt und eine konvexe Frontfläche der
Trennwand 43 den ankommenden Abgasstrom teilt.
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Die
schalldämpfende
Zwischentrennwand 51 wurde als massives Teil gebaut, das
sich über
der vollen Höhe
des Gehäuses 21 zwischen
den Zwischentrennwandenden 56 erstreckt. Dabei war die Zwischentrennwand 51 bei
dem bisherigen Versuch frei von Durchbrechungen, man nimmt jedoch
an, dass sie nicht durchbrechungsfrei zu sein braucht, um viele
Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Da der größte Teil
des Abgasstroms sich um die Trennwand 51 herum befindet,
geht man nicht davon aus, dass sie in starkem Ausmaß die Ausrichtung des
Gasstroms bewirkt. Durchbrechungen in der Trennwand 51,
insbesondere solche, die Schall nicht direkt durch die Öffnung 39 und
aus dem Auslass 29 heraus durchlassen würden, können gut tolerierbar sein.
Die Seitenflügelabschnitte 61 der
Trennwand 51 können
gut eine oder mehrere Öffnungen
zulassen, die nur solche Schallkomponenten durchlassen würden, die
von der zweiten Trennwand 46 reflektiert würden. Diese
Verwendung von selektiv positionierten Öffnungen in der Trennwand 51 kann
auch als Frequenzabstimmvorrichtung zweckmäßig sein.
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Obwohl
man davon ausgeht, dass die Frontfläche 52 für die meisten
der Schalldämpfungseffekte verantwortlich
ist, kann es darüber
hinaus sein, dass die hintere Fläche
der Zwischentrennwand 51 mit der Frontfläche der
zweiten Trennwand 46 so zusammenwirkt, dass eine Schalldämpfung bewirkt
wird.
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Wie
sich aus der Erörterung
der Auspufftopfanordnung der vorliegenden Erfindung ergibt, weist
das Verfahren zur Schalldämpfung,
und das Verfahren zur Verringerung des Gegendrucks, in einem Auspufftopf,
der eine Trennwandanordnung hat, die so ausgebildet ist, dass sie
ankommende Abgase für
eine Divergenz teilt und dann die Gase für ein Zusammenströmen durch
eine gemeinsame Öffnung konvergiert,
den Schritt auf, eine schalldämpfende Trennwand 51 so
zu befestigen, dass sie sich quer über das Auspufftopfgehäuse 21 mit
einem Abstand vor der gemeinsamen Öffnung 39 und in einem
Abstand hinter der ersten Trennwand 43 erstreckt. Die schalldämpfende
Trennwand 51 wird von einem im Wesentlichen unbehin derten
Durchgang von Abgasen 38 jenseits der Trennwand 51 gebildet,
so dass die Schalldämpfung
ohne merkliche Zunahme des Gegendrucks und in der Tat mit einer
merklichen Reduzierung des Gegendrucks auftritt.
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Als
einen zusätzlichen
Aspekt gehört
zu dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Dämpfung von
ausgewählten
Frequenzkomponenten in den Abgasen durch Ändern wenigstens einer Größe von den
beiden folgenden, nämlich
des Abstands der Zwischentrennwand 51 von der ersten Trennwand 43 und
der Form der Zwischentrennwand 51.
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Die
Herstellung der Auspufftopfanordnung der vorliegenden Erfindung
kann auf herkömmliche Weise
wie bei dem Auspufftopf von 1 erfolgen. Die
verschiedenen Trennwände
können
mit Flanschen versehen werden, die an der oberen und unteren Wand
des Gehäuses
durch Punktschweißen
befestigt werden, wobei das Auspufftopfgehäuse und die Trennwände vorzugsweise
aus Stahlblech mit einer Stärke
im Bereich zwischen 14 bis 20 hergestellt werden, was von der Größe der Maschine
abhängt, deren
Schall zu dämpfen
ist.