WO2012120037A2 - Zweitaktmotor mit einem schalldämpfer - Google Patents

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WO2012120037A2 PCT/EP2012/053901 EP2012053901W WO2012120037A2 WO 2012120037 A2 WO2012120037 A2 WO 2012120037A2 EP 2012053901 W EP2012053901 W EP 2012053901W WO 2012120037 A2 WO2012120037 A2 WO 2012120037A2
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Definitions

  • the present invention relates to a two-stroke engine with a silencer for an engine working device, in particular for a hand-operated engine tool, such as a garden and green area maintenance device, a hand tool such as a chainsaw, a circular saw or a power cutter or for a moped, a boat engine and the like, wherein the muffler a silencer inlet, to which a flow channel connects, so that the flow channel can be attached by means of the silencer inlet to an outlet of a combustion chamber of the two-stroke engine, and wherein at least one overflow opens into the combustion chamber, enters via the fuel-air mixture into the combustion chamber, if a piston movably bounding the combustion chamber is located in the area of bottom dead center, wherein the flow channel opens into a first chamber at the end opposite the silencer inlet, wherein a second chamber is further provided, into which Exhaust gas flows through a branched off from the flow channel main outlet and from the exhaust gas flows through an outlet, wherein the flow channel between the silence
  • the two-stroke engine is shown in simplified form and arranged at the outlet of the two-stroke engine, so that the burned in the combustion chamber of the two-stroke engine air-fuel mixture can enter the muffler.
  • the exhaust gas enters a flow channel of the muffler, via which the muffler is mounted by means of the muffler inlet on the cylinder of the two-stroke engine.
  • the flow channel connects as a straight pipe formed, which opens into a first chamber via a channel end.
  • a main outlet is arranged on the flow channel, and exhaust gas can pass through the main outlet from the flow channel into a second chamber, and leave the second chamber via an outlet and go outside.
  • the flow channel is currently running, so that the exhaust gas flowing into the flow channel via the muffler inlet initially favors at least predominantly into the first chamber and forms an overpressure in the first chamber. Due to its overpressure, a large part of the exhaust gas flows back toward the muffler inlet or even into the combustion chamber and forms a gas barrier which prevents the fuel-air mixture, which has been reloaded through the overflow channel into the combustion chamber of the cylinder, from entering the muffler unburnt or already in the muffler the muffler entered fuel-air mixture can be returned by the backflowing exhaust gas back into the combustion chamber.
  • the geometric design of the flow channel and the volume of the first chamber are determined such that a flow behavior of the exhaust gas in the flow channel and the first chamber is formed, which corresponds to the stroke of the piston and the opening of the outlet of the combustion chamber in the region of the bottom dead center of the piston.
  • a flow behavior of the exhaust gas in the flow channel and the first chamber is formed, which corresponds to the stroke of the piston and the opening of the outlet of the combustion chamber in the region of the bottom dead center of the piston.
  • the muffler of interest here allows a backflow of the exhaust gas in the direction of the outlet of the combustion chamber.
  • the objective is pursued that the exhaust gas from the first chamber in the direction of the silencer inlet forms the back pressure at a time while the outlet of the combustion chamber is open, namely when the piston passes through the area of bottom dead center. Only then can be pushed back into the combustion chamber of the two-stroke engine already entered into the flow channel fuel-air mixture, so briefly after emptying of the combustion chamber by outflow of exhaust gas into the muffler again a pressure increase is generated in the combustion chamber, which is generated by the flowing back into the combustion chamber exhaust gas.
  • the fuel-air mixture first passes through an inlet into the crankcase of the two-stroke engine, and in the crankcase, the fuel-air mixture is pre-compressed by the downward movement of the piston.
  • the piston of the overflow which opens into the combustion chamber, released, and the fuel-air mixture flows through the overflow from the crankcase into the combustion chamber.
  • a flow behavior of the fuel-air mixture through the overflow into the combustion chamber occur, which can enter an excessive amount of fuel-air mixture in the combustion chamber of the two-stroke engine.
  • the amount of fuel-air mixture that passes through the overflow into the combustion chamber in addition to the pressure of the fuel-air mixture in the crankcase of the two-stroke engine and the geometric design of the flow channel further determined by the timing, opened by the overflow by the movement of the piston and closed.
  • the overflow channel can be open over a crank angle of up to 100 ° crank angle, and the overflow is open at the bottom dead center of the piston maximum.
  • the overflow channel can open into the combustion chamber with a relatively large cross-sectional area, which in particular has an advantageous flow behavior of the Fuel-air mixture in the combustion chamber favors.
  • the disadvantage of an excessive amount of fuel / air mixture introduced into the combustion chamber can arise.
  • the flow channel is currently running, so that the exhaust gas flowing into the flow channel via the muffler inlet initially favors at least predominantly into the first chamber and forms an overpressure in the first chamber. Due to this overpressure, a large part of the exhaust gas flows back towards the muffler inlet and forms a gas barrier, which prevents that in the combustion chamber of the cylinder recharged fuel-air mixture unburned enters the muffler or already entered into the muffler fuel-air mixture can through the backflowing exhaust gas are transported back into the combustion chamber.
  • the geometric design of the flow channel and the volume of the first chamber are determined such that a flow behavior of the exhaust gas in the flow channel and the first chamber is formed with the stroke of the piston and the opening of the outlet of the combustion chamber when passing through the range of the bottom dead center of the piston corresponds.
  • a flow behavior of the exhaust gas in the flow channel and the first chamber is formed with the stroke of the piston and the opening of the outlet of the combustion chamber when passing through the range of the bottom dead center of the piston corresponds.
  • the aim is basically that the exhaust gas forms a counter-pressure from the first chamber in the direction of the silencer inlet at the correct time, while the outlet of the combustion chamber is in the area of the bottom dead center the piston is still open. Furthermore, the objective is pursued that the backflowing exhaust gas forms a pressure at the correct level so that the exhaust gas does not return back into the combustion chamber, however, the pressure should be determined such that the escape of unburned fuel-air mixture from the combustion chamber in the muffler is effectively avoided. It is known that this optimization with the Length of the flow channel and the first chamber, but also by the volume of the first chamber, can be achieved.
  • a muffler has the task of effectively attenuating the noise arising from the combustion chamber when the exhaust gas exits.
  • a particularly good damping is achieved when the exhaust gas has the lowest possible pressure fluctuations at the outlet of the muffler.
  • This optimization goes hand in hand with the desire for a particular sound image of the engine tool, but also the goal is to be able to use certain materials for the construction of silencers.
  • a large total volume of the muffler affects the two-stroke engine rather at low speeds, a smaller total volume of the muffler affects the two-stroke engine rather at higher speeds.
  • the muffler noise is thereby influenced by the prevailing in the muffler pressure oscillations.
  • Another object of the present invention is to influence the pressure fluctuations of the exhaust gas on leaving the muffler by adapting the volumes involved in the muffler accordingly. In particular, it is the object of the present invention to achieve the greatest possible noise reduction of the operation of the two-stroke engine.
  • the invention includes the technical teaching that the formation of the back pressure of the exhaust gas takes place in a time range in which the outlet is released by the piston and the fuel-air mixture has at least predominantly passed through the at least one overflow into the combustion chamber.
  • the invention is based on the idea that the outflow behavior of the fuel-air mixture from the transfer ports into the combustion chamber is influenced by the backpressure of the exhaust gas, which exhaust gas from the muffler in the direction of the combustion chamber, that is also partially into the combustion chamber, flows back.
  • the geometric design of the at least one overflow channel can be such that the formation of the back pressure of the exhaust gas takes place in the required time range, in which the or the overflow to the combustion chamber is still released by the piston.
  • the geometric design of the or overflow channels determines the timing to the opening, and the overflow forms with the piston a kind sliding valve, and the overflow is released when the piston passes through the area of the bottom dead center.
  • the cross-sectional height of the or the overflow window, with which the overflow channel opens into the combustion chamber and which corresponds to the piston stroke direction, forms the appropriate size for determining the timing.
  • a large cross-sectional height of the overflow window causes a long opening time of the overflow window, and according to the invention the overflow window of the overflow is designed so that the overflow at least partially or already open when the back pressure of the exhaust gas from the muffler before or even forms in the combustion chamber.
  • At least the flow channel and the first chamber may be formed such that the formation of the back pressure by the exhaust gas takes place in the required time range in which the overflow is released to the combustion chamber through the piston.
  • the exhaust gas Will the outlet of the Open combustion chamber toward the muffler by the downward movement of the piston, the exhaust gas enters the flow channel and at least predominantly in the first chamber, and flows after filling the first chamber through the flow channel back to the outlet of the combustion chamber or even into the combustion chamber.
  • the flow time is influenced in particular by the length, but also by the cross-sectional area of the flow channel, furthermore, the flow duration is influenced by the volume of the first chamber, so that at least the flow channel and / or the first chamber can be designed so that the necessary flow duration is reached becomes.
  • the ratio of the volume of the first chamber to the displacement of the two-stroke engine can be 1/4 to 2.
  • the volume of the first chamber to the total volume of the muffler, formed by the absolute volume of the second chamber be 1/40 to 1/2. With even greater advantage, the ratio of the volume of the second chamber to the displacement volume can be 4 to 10.
  • the ratio of the numerical value of the total length of the flow channel and the depth of the first chamber in centimeters to the numerical value of the stroke volume of the two-stroke engine in cubic centimeters can be 0.15 to 0.35, in particular less than 0.15 to 0.35.
  • the backpressure of the exhaust gas at the time and / or in its height can be determined such that the outflow behavior, in particular the amount of the fuel-air mixture entering through the overflow channel into the combustion chamber can be influenced, in particular reduced.
  • the fuel-air mixture can shoot into the combustion chamber in a preferred direction, wherein it should be avoided that this preferred direction points in the direction of the outlet of the combustion chamber in the muffler.
  • the outlet can be arranged in a position opposite to the overflow channel on the cylinder.
  • the counterpressure of the exhaust gas from the muffler influences the amount of fuel / air mixture which is injected into the combustion chamber, in particular it can be reduced. If the exhaust gas escaped through the outlet from the combustion chamber into the muffler, the pressure in the combustion chamber may drop after the exhaust gas has escaped and rise again after the flow time of the exhaust gas flow in the flow channel and the first chamber back into the combustion chamber, whereby the amount of fuel Air mixture can be reduced, which passes through the overflow from the crankcase into the combustion chamber, since the pressure of the exhaust gas forms a back pressure against the fuel-air mixture.
  • both the outflow behavior of the fuel-air mixture can be positively influenced by the back pressure of the exhaust gas, and the amount of fuel-air mixture passing through the overflow channel into the combustion chamber can be influenced.
  • the outlet of the combustion chamber can open at about 110 ° crank angle, wherein the flow channel and / or the first chamber may be formed such that adjusts a pressure maximum at 140 ° to 160 ° crank angle in the first chamber.
  • the exhaust pressure in the combustion chamber initially reaches a minimum, so that then forms an intermediate pressure maximum again by the back pressure of the exhaust gas in the combustion chamber, when the piston is at bottom dead center, which is reached at 180 ° crank angle. Consequently, the maximum pressure in the first chamber is preferably reached at about 30 ° to 40 ° crank angle before the bottom dead center of the piston of the two-stroke engine, and by the backflow of the exhaust gas, this forms a back pressure in the combustion chamber with an intermediate pressure maximum at 180 ° crank angle.
  • the object of the present invention is further achieved by an operating method for operating a two-stroke engine of an engine operating unit with a silencer, in particular for a hand-operated engine work tool such as a garden and green area maintenance device, a hand tool such as a chainsaw, a circular saw or a power grinder or for a moped a boat engine and the like, wherein the silencer has a silencer inlet, to which a flow channel adjoins, so that the flow channel is attached by means of the silencer inlet to an outlet of the combustion chamber of the two-stroke engine, and wherein at least one overflow channel opens into the combustion chamber, enters the combustion chamber via the fuel-air mixture when a piston movably bounding the combustion chamber is in the region of the bottom dead center, wherein the flow channel at the end opposite the silencer inlet into a first comb
  • a second chamber is provided, in which exhaust gas flows through a branched off from the flow passage main outlet and from which the exhaust gas flows through an outlet, wherein the flow channel between the silence
  • the back pressure of the exhaust gas can be formed in a time range in which the piston passes through the bottom dead center, in particular it can be provided that the intermediate pressure of the exhaust gas in the combustion chamber an intermediate pressure maximum is formed when the piston is at bottom dead center. Furthermore, it can be provided that the outflow behavior of the fuel-air mixture from the overflow channel into the combustion chamber is influenced by the backpressure of the exhaust gas, in particular that the amount of the fuel-air mixture entering from the overflow duct into the combustion chamber is reduced by the backpressure of the exhaust gas.
  • the invention further includes the technical teaching that the ratio of the volume of the first chamber to the total volume of the muffler is 1/40 to 1/2.
  • the invention is based on the idea of optimizing the volumes involved in the muffler such that the best possible noise reduction is achieved during operation of the engine working device. It has been shown that at a volume of the first chamber in relation to the total volume of the muffler from 1/40 to 1/2, the pressure oscillations at the outlet of the muffler particularly strong decrease, so that the noise during operation of the engine working device can be made quieter.
  • the ratio of the volume of the first chamber to the total volume of the muffler can be 1/20 to 1/8, whereby particularly good results for noise reduction were achieved.
  • the ratio of the volume of the first chamber to the total volume of the muffler may be 1/16 to 1/10, with best results being achieved when the ratio of the volume of the first chamber to the total volume of the muffler is about 1/12.
  • the total volume of the muffler may be formed from the volumes of the first chamber, the second chamber and the flow channel.
  • the first chamber may be enclosed by the second chamber, further, the second chamber may be formed such that it also encloses at least a part of the flow channel, the first chamber also outside the second chamber may be arranged. Therefore, the total volume of the muffler can be approximated by the volume of the second chamber, and the outlet where the pressure oscillations are to be minimized to achieve the lowest possible level of noise in the operation of the two-stroke engine concerns the outlet through which the exhaust gas the second chamber leaves to the outside.
  • the ratio of the volume of the flow channel to the total volume of the muffler may be 1/50 to 1/10.
  • To the volume of the flow channel may also be added to the volume of the main outlet.
  • the first chamber may also have a secondary outlet through which exhaust gas from the first chamber can flow directly into the second chamber without at least partially flowing through the flow channel again.
  • the volume of the secondary outlet can be assigned to the volume of the first chamber, but preferably to the volume of the second chamber and thus to the total volume of the silencer.
  • the ratios of the volumes of the first chamber to the total volume of the muffler, but also the volume of the flow channel to the total volume of the muffler leads primarily to lower pressure fluctuations at the main outlet, which is arranged on the flow channel, and enter through the exhaust gas from the flow channel into the second chamber can.
  • a reduction in the overall noise level of the muffler is achieved when the pressure fluctuations of the exhaust gas at the outlet from the second chamber are minimized, through which the exhaust gas can escape into the open.
  • the effect is achieved that the frequency of the pressure fluctuations with which the exhaust gas passes through the main outlet into the second chamber does not coincide with the resonance frequency of the second chamber. It is important that the excitation frequency of the second chamber as far as possible a large distance from the pulsation frequency of the pressure fluctuations of the exhaust gas, with which the exhaust gas through the main outlet in the second Kam- flows in. Only then can a particularly effective reduction of the overall noise level of the muffler be achieved.
  • the objective is pursued that inside the muffler, formed by the interaction of the first chamber, the flow channel and the combustion chamber, a flow principle is used to create the pulsating pressure barrier at the outlet of the combustion chamber, and thereby the To optimize emission levels.
  • the target is tracked, letting no resonance arise, so that the frequency of the pressure fluctuations, with which the Exhaust gas enters the second chamber through the main outlet, if possible not coincident with the excitation frequency of the second chamber. Consequently, a particularly good acoustic attenuation result of the silencer results, so that on the one hand very good emission results are achieved, on the other hand a very good reduction of the operating noise of the engine working device can be achieved.
  • the two-stroke engine may have a stroke volume, and the ratio of the volume of the first chamber to the stroke volume is 1/4 to 2.
  • the exhaust flow principle to form an exhaust backpressure can be particularly effectively implemented to optimize the emission levels, but also the fuel consumption of the two-stroke engine.
  • the ratio of the volume of the second chamber to the displacement volume can be 4 to 10. By this ratio, a particularly good noise reduction is achieved in the operation of the two-stroke engine.
  • the muffler may preferably be made of a stainless steel, for example with the material number 1.4301, and the E-modulus of the material may preferably be 200,000 N / mm 2 .
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a two-stroke engine with a silencer
  • FIG. 2 shows a diagram of the pressures over the crank angle of the two-stroke engine in the first chamber and in the combustion chamber
  • FIG. 3 shows a schematic view of a silencer of the type of interest here in arrangement with a two-stroke engine
  • Figure 4 is a graph of the pressure over the crank angle of the two-stroke engine with different pressure gradients at a speed of 7000 1 / min and
  • Figure 5 is a diagram of the pressure over the crank angle of the two-stroke engine with different pressure gradients at a speed of 10,000 1 / min.
  • the two-stroke engine 100 has a cylinder 18 in which a combustion chamber 13 is formed.
  • the combustion chamber 13 is movably bounded by a piston 21, which is connected via a connecting rod 23 with a crankshaft 22 to form a crank mechanism, and the crankshaft 22 is mounted in a crankcase 24.
  • an outlet is arranged, on which the muffler 10 is flanged via a muffler inlet 11 in a manner not shown in detail ter.
  • the piston 21 releases the outlet of the combustion chamber 13 in this area, and exhaust gas can pass from the combustion chamber 13 through the muffler inlet 11 into the muffler 10.
  • the silencer inlet 11 is adjoined by a flow channel 12, which opens into a first chamber 15 with a channel end opposite the silencer inlet 11.
  • the muffler 10 has a second chamber 16, which is formed by way of example larger than the first chamber 15 and the first Chamber 15 preferably completely and also a part of the flow channel 12 encloses.
  • the exhaust gas entering the muffler inlet 11 can first at least for the most part reach the first chamber 15, wherein a main outlet 17 is arranged on the flow channel 12, and the exhaust gas can pass from the flow channel 12 through the main outlet 17 into the second chamber 16. Furthermore, the first chamber 15 has a secondary outlet 20, so that exhaust gas can flow from the first chamber 15 directly into the second chamber 16. The exhaust gas can leave the muffler 10 through an outlet 19, which is introduced in the wall of the second chamber 16 and reach the outside.
  • the flow channel 12 extends in a straight training between the first chamber 15 and the muffler inlet 11, and is designed so aerodynamically favorable that the exhaust gas flowing into the muffler inlet 11 due to its inertia mainly flows into the first chamber 15 and in this an overpressure generated.
  • the exhaust gas can again flow back in the direction of the muffler inlet 11, and thereby form a back pressure against the combustion chamber 13. This avoids that fuel-air mixture passes unburned in the muffler 10 or already in the muffler 10 occurred fuel-air mixture is forced back into the combustion chamber 13. Only after backflow of the exhaust gas against the outlet of the combustion chamber 13, the exhaust gas can leave the flow channel 12 and the first chamber 15 through a main outlet 17 and enter the second chamber 16 and pass through the outlet 19 into the open.
  • an overflow channel 25 is shown, which forms a flow connection between the crankcase 24 and the combustion chamber 13.
  • the fuel-air mixture is first sucked in a manner not shown in detail through an inlet in the crankcase 24 when the piston 21 makes an upward movement, and increases the volume of the crankcase 24.
  • the aspirated fuel-air mixture is then compressed by a downward movement of the piston 21 in the crankcase 24, so that the fuel-air mixture has an overpressure.
  • Moves the piston 21 in his Lifting movement towards the bottom dead center the piston 21 releases a overflow window 26 in the wall of the cylinder 18, and the overflow window 26 forms the inlet of the overflow 25 into the combustion chamber 13.
  • the overflow channel 25 opens in the overflow window 26 at a position in the combustion chamber 13, although the combustion chamber 13 has a flow connection with the muffler inlet 11.
  • the flowing back from the first chamber 15 through the flow channel 12 exhaust gas in the direction of the combustion chamber 13 form a back pressure or even flow into the combustion chamber 13 and form an overpressure in this, and there may be an interaction between the backflowing exhaust gas and the take place through the overflow channel 25 into the combustion chamber 13 incoming air-fuel mixture.
  • the backflowing exhaust gas still form a temporary overpressure in the combustion chamber 13 during the opening time of the outlet, and the overpressure can influence the amount of fuel-air mixture and the outflow behavior of the fuel-air mixture are taken through the overflow 25 in the Combustion chamber 13 flows. Consequently, the flowing back exhaust gas in the combustion chamber 13 can form a temporary pressure surge, can be taken by the influence on the flowing into the combustion chamber 13 fuel-air mixture.
  • FIG. 2 shows in a diagram a pressure which is plotted in degrees over a crank angle ° KW.
  • the diagram shows two pressure curves A and B, and the pressure curve A gives the pressure profile in the combustion chamber 13, and the pressure curve B is the pressure curve in the first chamber 15 again.
  • a crank angle of about 110 ° opens the outlet of the combustion chamber 13, characterized by EO, approximately at about 130 ° opens the overflow 25 into the combustion chamber 13, characterized by TPO, wherein the closing of the overflow Strömkanals 25 is characterized by TPC, and takes place at 230 °.
  • the outlet of the combustion chamber 13 is closed at about 250 °, characterized by EC. This makes it clear that the outlet window in the cylinder 18 has a greater extent in the piston stroke direction than the overflow channel 25. However, both the outlet and the overflow channel 25 between 130 ° crank angle and 230 ° crank angle are both open.
  • the pressure profile A in the combustion chamber 13 shows that after opening the outlet of the combustion chamber 13, the pressure in the combustion chamber 13 drops until the pressure A reaches a value of about 1.3 bar.
  • the exhaust gas flows from the combustion chamber 13 into the muffler 10, so that the pressure curve B measured in the first chamber 15 records an increase.
  • the exhaust gas flows from the combustion chamber 13 into the first chamber 15, and at drop in the pressure curve A is an increase in the pressure curve B recorded.
  • the maximum pressure in the first chamber 15 is reached approximately at 145 ° crank angle and flows through the flow channel 12 back into the combustion chamber 13.
  • the pressure in the combustion chamber 13 shows an increase up to an intermediate maximum pressure, denoted by X.
  • the intermediate pressure maximum X is reached approximately at bottom dead center BDC, and the intermediate pressure in the combustion chamber 13 can be influenced on the fuel-air mixture, which at the same time by the overflow channel 25 also flows into the combustion chamber 13.
  • the pressure curve B in the first chamber 15 subsequently shows a further intermediate maximum pressure since part of the exhaust gas flows back toward the first chamber 15 before the exhaust gas leaves the flow channel 12 or the first chamber 15 through the main outlet 17.
  • the pressure curve A in the combustion chamber 13 illustrates an exhaust gas recirculation flow which takes place at a point in time which lies between the opening TPO of the overflow channel 25 and the closing TPC of the overflow channel 25.
  • FIG. 3 shows a two-stroke engine 110 in a schematic, cross-sectional view, and a two-stroke engine 110 has a muffler 200 mounted thereon.
  • the two-stroke engine 110 has a cylinder 118 in which a combustion chamber 113 is formed.
  • the combustion chamber 113 is movably limited by a piston 121, which is connected via a connecting rod 123 with a crankshaft 122 for forming a crank mechanism, and the crankshaft 122 is mounted in a crankcase 124.
  • an outlet is arranged, on which the muffler 200 is flanged via a muffler inlet 111 in a manner not shown in detail.
  • the piston 121 When the piston 121 is in the illustrated position of the bottom dead center, the piston 121 releases the outlet of the combustion chamber 113, and exhaust gas can pass from the combustion chamber 113 through the muffler inlet 111 into the muffler 200.
  • the silencer inlet 111 is adjoined by a flow channel 112, which opens into a first chamber 115 with a channel end 114 opposite the silencer inlet 111.
  • the muffler 110 has a second chamber 116, which is formed larger than the first chamber 115 and the first chamber 115 completely and also encloses a part of the flow channel 112.
  • the exhaust gas entering the muffler inlet 111 can first at least for the most part reach the first chamber 115, wherein a main outlet 117 is arranged on the flow channel 112, and the exhaust gas can pass from the flow channel 112 through the main outlet 117 into the second chamber 116. Furthermore, the first chamber 115 has a secondary outlet 120, so that exhaust gas can also flow from the first chamber 115 directly into the second chamber 116.
  • the exhaust gas may exit the muffler 200 through an outlet 119 formed in the wall of the second chamber 116.
  • the flow channel 112 extends in a straight training between the first chamber 115 and the muffler inlet 111, and is designed so aerodynamically favorable that the inflowing into the muffler inlet 111 exhaust gas due to its inertia predominantly flows into the first chamber 115 and generates an overpressure in this. After filling the first chamber 115, the exhaust gas can again flow back in the direction of the silencer inlet 111, and thereby form a back pressure against the combustion chamber 113. This avoids that fuel-air mixture unburned enters the muffler 200 or already in the muffler 200 occurred fuel-air mixture is pushed back into the combustion chamber 113.
  • the illustration shows the first chamber 115 having dimensions that are significantly smaller than the dimensions of the second chamber 116, and the second chamber 116 enclosing the first chamber 115 by way of example as well as a part of the flow channel 112.
  • the ratio of the volume of the first chamber 115 to the total volume of the muffler 1/40 to 1/2, and the total volume of the muffler 200 is formed by the absolute volume of the second chamber 116.
  • Figures 4 and 5 show for different speeds the pressure curve p in bar over the crank angle of the crankshaft 122 in degrees
  • the crank angle at which the outlet of the combustion chamber 113 opens and closes is indicated for a plurality of charge changes.
  • the indication EO indicates that the outlet of the combustion chamber 113 is opened
  • the indication EC indicates that the outlet of the combustion chamber 113 is closed again.
  • two opening cycles of the outlet are shown, and the pressure curve in the combustion chamber 113 is indicated by C. 5 shows due to the higher speed three opening cycles of the combustion chamber 113, indicated by the pressure curves C.
  • the pressure profile A shows the curve of the pressure of the exhaust gas mass flow at the outlet for a muffler 200 with the features of the present invention
  • B shows the pressure curve of the exhaust gas mass flow at the outlet of a conventional muffler, which has a ratio of the volumes of an antechamber to the total volume of a muffler that is not within the claimed range.

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Abstract

Um einen Zweitaktmotor (100) für ein Motorarbeitsgerät mit einem Schalldämpfer (10), insbesondere für ein handbetriebenes Motorarbeitsgerät wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät, ein Handwerkzeug wie eine Kettensäge, eine Handkreissäge oder ein Trennschleifer oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, zu verbessern, bei dem der Strömungskanal (12) zwischen dem Schalldämpfereinlass (11) und der ersten Kammer (15) derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das in den Schalldämpfereinlass (11) einströmende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer (15) einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer (15) wieder zurück strömt, und sich hierdurch im oder in Richtung zum Brennraum (13) ein Gegendruck bildet, wird vorgeschlagen, dass die Bildung des Gegendruckes des Abgases in einem Zeitbereich erfolgt, in dem der Auslass durch den Kolben (21) freigegeben ist und das Kraftstoff-Luftgemisch zumindest überwiegend durch den wenigstens einen Überströmkanal (25) in den Brennraum gelangt ist. Weiterhin wird hierzu ein geeigneter Schalldämpfer vorgeschlagen.

Description

Zweitaktmotor mit einem Schalldämpfer
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor mit einem Schalldämpfer für ein Motorarbeitsgerät, insbesondere für ein handbetriebenes Motorarbeitsgerät, wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät, ein Handwerkzeug wie eine Kettensäge, eine Handkreissäge oder ein Trennschleifer oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, wobei der Schalldämpfer einen Schalldämpfereinlass aufweist, an den sich ein Strömungskanal an- schließt, sodass der Strömungskanal mittels dem Schalldämpfereinlass an einen Auslass eines Brennraumes des Zweitaktmotors anbringbar ist, und wobei wenigstens ein Überströmkanal in den Brennraum mündet, über den Kraftstoff- Luftgemisch in den Brennraum eintritt, wenn sich ein den Brennraum beweglich begrenzender Kolben im Bereich des unteren Totpunktes befindet, wobei der Strömungskanal am dem Schalldämpfereinlass gegenüberliegenden Kanalende in eine erste Kammer mündet, wobei ferner eine zweite Kammer vorgesehen ist, in die Abgas durch einen vom Strömungskanal abgezweigten Hauptauslass einströmt und aus der das Abgas durch einen Auslass ausströmt, wobei der Strömungskanal zwischen dem Schalldämpfereinlass und der ersten Kammer derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das in den Schalldämpfereinlass einströmende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer wieder zurück strömt, und sich hierdurch im oder in Richtung zum Brennraum ein Gegendruck bildet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner richtet sich die Erfin- dung auf ein Betriebsverfahren zum Betrieb des Zweitaktmotors.
Stand der Technik
Aus der DE 20 2008 005 168 Ul ist ein gattungsbildender Zweitaktmotor mit einem Schalldämpfer der hier interessierenden Bauart bekannt. Der Zweitaktmotor ist vereinfacht dargestellt und am Auslass des Zweitaktmotors angeordnet, sodass das im Brennraum des Zweitaktmotors verbrannte Kraftstoff-Luftgemisch in den Schalldämpfer eintreten kann. Dabei tritt das Abgas in einen Strömungskanal des Schalldämpfers ein, über den der Schalldämpfer mittels dem Schalldämpfereinlass am Zylinder des Zweitaktmotors angebracht ist. An den Schalldämpfereinlass schließt sich der Strömungskanal als gerade ausgebildete Rohrleitung an, die über ein Kanalende in eine erste Kammer mündet. Zwischen dem Schalldämpfereinlass und dem Kanalende ist am Strömungskanal ein Hauptauslass angeordnet, und Abgas kann durch den Hauptauslass vom Strömungskanal in eine zweite Kammer gelangen, und über einen Auslass die zweite Kammer verlassen und ins Freie gelangen.
Der Strömungskanal ist gerade ausgeführt, sodass das über den Schalldämpfereinlass in den Strömungskanal einschießende Abgas begünstigt zunächst wenigstens überwiegend in die erste Kammer einströmt und in der ersten Kammer einen Überdruck bildet. Durch seinen Überdruck strömt ein Großteil des Abgases zurück in Richtung zum Schalldämpfereinlass oder sogar in den Brennraum hinein und bildet eine Gasbarriere, durch die verhindert wird, dass durch den Überströmkanal in den Brennraum des Zylinders nachgeladenes Kraftstoff-Luftgemisch unverbrannt in den Schalldämpfer gelangt oder bereits in den Schalldämpfer eingetretenes Kraftstoff-Luftgemisch kann durch das rückströmende Abgas wieder in den Brennraum zurückbefördert werden. Die geometrische Ausgestaltung des Strömungskanals und das Volumen der ersten Kammer sind derart bestimmt, dass ein Strömungsverhalten des Abgases im Strömungskanal und der ersten Kammer entsteht, das mit der Hubbewegung des Kolbens und dem Öffnen des Auslasses des Brennraumes im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens korrespondiert. Damit werden bessere Emissionswerte erreicht, insbesondere kann der Wirkungsgrad des Zweitaktmotors durch eine Verringerung des Ausstoßes unverbrannten Kraftstoff-Luftgemisches gegenüber konventionellen Schalldämpfern erhöht werden.
Der hier interessierende Schalldämpfer ermöglicht ein Zurückströmen des Abgases in Richtung des Auslasses des Brennraumes. Dabei wird grundsätzlich das Ziel verfolgt, dass das Abgas von der ersten Kammer in Richtung zum Schalldämpfereinlass zu einem Zeitpunkt den Gegendruck bildet, während der Auslass des Brennraumes geöffnet ist, nämlich wenn der Kolben den Bereich des unteren Totpunktes durchläuft. Nur dann kann bereits in den Strömungskanal eingetretenes Kraftstoff-Luftgemisch in den Brennraum des Zweitaktmotors zurückgedrückt werden, sodass nach Entleeren des Brennraumes durch Ausströmen des Abgases in den Schalldämpfer kurzzeitig wieder ein Druckanstieg im Brennraum erzeugt wird, der durch das in den Brennraum zurückströmende Abgas erzeugt wird.
Das Kraftstoff-Luftgemisch gelangt zunächst über einen Einlass in das Kurbelgehäuse des Zweitaktmotors, und im Kurbelgehäuse wird das Kraftstoff- Luftgemisch durch die Abwärtsbewegung des Kolbens vorverdichtet. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens wird der Überströmkanal, der in den Brennraum mündet, freigegeben, und das Kraftstoff-Luftgemisch strömt durch den Überströmkanal vom Kurbelgehäuse in den Brennraum.
Um zusätzlich zu verhindern, dass das durch den Überströmkanal in den Brennraum einströmende Kraftstoff-Luftgemisch durch den Auslass des Brennraumes unverbrannt in den Schalldämpfer gelangt, werden am Kolben des Zweitaktmotors häufig geometrische Ausgestaltungen vorgesehen, um das Kraftstoff-Luftgemisch vom Bereich des Auslasses wegzuleiten, wenn diese durch den Überströmkanal in den Brennraum einströmt. Jedoch kann das Ein- treten von unverbranntem Kraftstoff-Luftgemisch in den Schalldämpfer nicht vollständig verhindert werden, und auch durch die Bildung eines Gegendruckes eines aus einem Schalldämpfer zurückströmenden Abgases in Richtung zum Brennraum beziehungsweise in den Brennraum kann das Austreten von unverbranntem Kraftstoff-Luftgemisch durch den Auslass aus dem Brennraum nicht vollständig verhindert werden.
Ferner kann in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Zweitaktmotors ein Strömungsverhalten des Kraftstoff-Luftgemisches durch den Überströmkanal in den Brennraum auftreten, das eine zu große Menge an Kraftstoff- Luftgemisch in den Brennraum des Zweitaktmotors eintreten lässt. Die Menge an Kraftstoff-Luftgemisch, die durch den Überströmkanal in den Brennraum gelangt, wird neben dem Druck des Kraftstoff-Luftgemisches im Kurbelgehäuse des Zweitaktmotors und die geometrische Ausbildung des Strömungskanals ferner durch die Steuerzeiten bestimmt, durch die der Überströmkanal durch die Bewegung des Kolbens geöffnet und geschlossen wird. Der Überströmkanal kann über einen Kurbelwinkel von bis zu 100° Kurbelwinkel geöffnet sein, und der Überströmkanal ist im unteren Totpunkt des Kolbens maximal geöffnet. Dabei kann der Überströmkanal mit einer relativ großen Querschnittsfläche in den Brennraum münden, die insbesondere ein vorteilhaftes Strömungsverhalten des Kraftstoff-Luftgemisches in den Brennraum begünstigt. Jedoch kann durch einen großen Querschnitt des Überströmkanals und einen großen Querschnitt der Mündungsöffnung des Überströmkanals in den Brennraum der Nachteil einer zu großen in den Brennraum eingebrachten Menge an Kraftstoff-Luftgemisch ent- stehen.
Bei dem bekannten Schalldämpfer ist der Strömungskanal gerade ausgeführt, sodass das über den Schalldämpfereinlass in den Strömungskanal einschießende Abgas begünstigt zunächst wenigstens überwiegend in die erste Kammer einströmt und in der ersten Kammer einen Überdruck bildet. Durch diesen Überdruck strömt ein Großteil des Abgases zurück in Richtung zum Schalldämpfereinlass und bildet eine Gasbarriere, durch die verhindert wird, dass in den Brennraum des Zylinders nachgeladenes Kraftstoff-Luftgemisch unverbrannt in den Schalldämpfer gelangt oder bereits in den Schalldämpfer eingetretenes Kraftstoff-Luftgemisch kann durch das rückströmende Abgas wieder in den Brennraum zurückbefördert werden. Die geometrische Ausgestaltung des Strömungskanals und das Volumen der ersten Kammer sind derart bestimmt, dass ein Strömungsverhalten des Abgases im Strömungskanal und der ersten Kammer entsteht, das mit der Hubbewegung des Kolbens und dem Öffnen des Auslasses des Brennraumes bei Durchlaufen des Bereiches des unteren Tot- punktes des Kolbens korrespondiert. Damit werden bessere Emissionswerte erreicht, insbesondere kann der Wirkungsgrad des Zweitaktmotors durch eine Verringerung des Ausstoßes unverbrannten Kraftstoffes gegenüber konventionellen Schalldämpfern erhöht werden.
Bei Schalldämpfern, die ein Zurückströmen des Abgases in Richtung des Auslasses des Brennraumes ermöglichen, wird grundsätzlich das Ziel verfolgt, dass das Abgas von der ersten Kammer in Richtung zum Schalldämpfereinlass zum richtigen Zeitpunkt einen Gegendruck bildet, während der Auslass des Brennraumes im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens noch geöffnet ist. Ferner wird das Ziel verfolgt, dass das rückströmende Abgas einen Druck in rich- tiger Höhe bildet, sodass das Abgas nicht wieder zurück in den Brennraum gelangt, jedoch soll der Druck derart bestimmt sein, dass das Austreten von unverbranntem Kraftstoff-Luftgemisch aus dem Brennraum in den Schalldämpfer wirkungsvoll vermieden ist. Dabei ist bekannt, dass diese Optimierung mit der Länge des Strömungskanals und der ersten Kammer, jedoch auch durch das Volumen der ersten Kammer, erreicht werden kann.
Ferner hat ein Schalldämpfer die Aufgabe, das beim Austreten des Abgases aus dem Brennraum entstehende Geräusch möglichst wirkungsvoll zu dämpfen. Eine besonders gute Dämpfung wird dann erreicht, wenn am Auslass des Schalldämpfers das Abgas möglichst geringe Druckschwankungen aufweist. Diese Optimierung geht einher mit dem Wunsch eines bestimmten Klangbildes des Motorarbeitsgerätes, jedoch wird auch das Ziel verfolgt, bestimmte Materialien zum Bau von Schalldämpfern verwenden zu können. Ein großes Gesamtvo- lumen des Schalldämpfers beeinflusst den Zweitaktmotor eher bei niedrigen Drehzahlen, ein kleineres Gesamtvolumen des Schalldämpfers beeinflusst den Zweitaktmotor eher bei höheren Drehzahlen. Das Schalldämpfergeräusch wird dabei durch die im Schalldämpfer herrschenden Druckschwingungen beeinflusst.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zweitaktmotor mit einem Schalldämpfer der vorbezeichneten Bauart derart weiterzubilden, dass das Strömungsverhalten des Kraftstoff-Luftgemisches in den Brennraum des Zweitaktmotors verbessert wird, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu verhindern, dass Kraftstoff-Luftgemisch unverbrannt in den Schalldämpfer gelangt und insbesondere die Menge an Kraftstoff- Luftgemisch, die über den Überströmkanal in den Brennraum eintritt, zu kontrollieren. Weiterhin die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch eine entsprechende Anpassung der am Schalldämpfer beteiligten Volumina auf die Druckschwankungen des Abgases beim Verlassen des Schalldämpfers Einfluss zu nehmen. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst große Geräuschminderung des Betriebs des Zweitaktmotors zu erreichen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Zweitaktmotor mit einem Schalldämpfer der vorbezeichneten Bauart gemäß dem Oberbegriff des Anspru- ches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schalldämpfer für einen Zweitaktmotor eines Motorarbeitsgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspru- ches 11 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Bildung des Gegendruckes des Abgases in einem Zeitbereich erfolgt, in dem der Auslass durch den Kolben freigegeben ist und das Kraftstoff-Luftgemisch zumindest überwiegend durch den wenigstens einen Überströmkanal in den Brennraum gelangt ist.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, dass das Ausström- verhalten des Kraftstoff-Luftgemisches aus den Überströmkanälen in den Brennraum durch den Gegendruck des Abgases beeinflusst wird, welches Abgas vom Schalldämpfer in Richtung des Brennraumes, das heißt auch teilweise in den Brennraum hinein, zurück strömt.
Insbesondere kann die geometrische Ausbildung des wenigstens einen Überströmkanals derart beschaffen sein, dass die Bildung des Gegendrucks des Abgases im erforderlichen Zeitbereich erfolgt, in dem der oder die Überströmkanäle zum Brennraum durch den Kolben noch freigegeben ist. Die geometrische Ausbildung des oder der Überströmkanäle bestimmt die Steuerzeiten zu deren Öffnung, und der Überströmkanal bildet mit dem Kolben eine Art Schie- berventil, und der Überströmkanal wird dann freigegeben, wenn der Kolben den Bereich des unteren Totpunktes durchläuft. Insbesondere die Querschnittshöhe des oder der Überströmfenster, mit dem der Überströmkanal in den Brennraum mündet und die der Kolbenhubrichtung entspricht, bildet die entsprechende Größe zur Bestimmung der Steuerzeiten. Eine große Querschnittshöhe des Überströmfensters bewirkt eine lange Öffnungszeit des Überströmfensters, und erfindungsgemäß ist das Überströmfenster des Überströmkanals so ausgebildet, dass der Überströmkanal wenigstens teilweise noch oder schon geöffnet ist, wenn sich der Gegendruck des Abgases aus dem Schalldämpfer vor oder sogar im Brennraum bildet.
Zusätzlich oder alternativ können wenigstens der Strömungskanal und die erste Kammer derart ausgebildet sein, dass die Bildung des Gegendruckes durch das Abgas im erforderlichen Zeitbereich erfolgt, in dem der Überströmkanal zum Brennraum durch den Kolben freigegeben ist. Wird der Auslass des Brennraumes in Richtung zum Schalldämpfer durch die Abwärtsbewegung des Kolbens geöffnet, gelangt das Abgas in den Strömungskanal und wenigstens überwiegend in die erste Kammer, und strömt nach Befüllen der ersten Kammer durch den Strömungskanal wieder zurück zum Auslass des Brennraumes oder sogar in den Brennraum hinein. Daraus ergibt sich eine Strömungsdauer des Abgases vom Eintreten in den Schalldämpfer bis zum Zurückströmen vor den Auslass beziehungsweise in den Brennraum des Zweitaktmotors, und die Strömungsdauer kann so mit den Steuerzeiten des Überströmkanals korrespondieren, dass der Überströmkanal noch geöffnet ist, wenn der Gegendruck den Brennraum des Zweitaktmotors erreicht. Dabei wird die Strömungsdauer insbesondere durch die Länge, jedoch auch durch die Querschnittsfläche des Strömungskanals beeinflusst, ferner wird die Strömungsdauer durch das Volumen der ersten Kammer beeinflusst, sodass wenigstens der Strömungskanal und/oder die erste Kammer so ausgebildet sein können, dass die notwendige Strömungsdauer erreicht wird. Beispielsweise kann das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer zum Hubvolumen des Zweitaktmotors 1/4 bis 2 betragen. Weiterhin kann das Volumen der ersten Kammer zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers, gebildet durch das absolute Volumen der zweiten Kammer, 1/40 bis 1/2 betragen. Mit noch weiterem Vorteil kann das Verhältnis des Vo- lumens der zweiten Kammer zum Hubvolumen 4 bis 10 betragen. Ferner kann das Verhältnis des Zahlenwertes der Gesamtlänge aus dem Strömungskanal und der Tiefe der ersten Kammer in Zentimetern zum Zahlenwert des Hubvolumens des Zweitaktmotors in Kubikzentimetern 0,15 bis 0,35 betragen, insbesondere weniger als 0,15 bis 0,35 betragen.
Nach einer vorteilhaften Maßnahme der Erfindung kann der Gegendruck des Abgases im Zeitpunkt und/oder in seiner Höhe derart bestimmt sein, dass das Ausströmverhalten, insbesondere die Menge des durch den Überströmkanal in den Brennraum eintretenden Kraftstoff-Luftgemisches beeinflussbar, insbesondere reduzierbar ist. In Abhängigkeit der geometrischen Aus- gestaltung des Überströmfensters kann das Kraftstoff-Luftgemisch in einer Vorzugsrichtung in den Brennraum einschießen, wobei es zu vermeiden ist, dass diese Vorzugsrichtung in Richtung zum Auslass des Brennraumes in den Schalldämpfer weist. Erfindungsgemäß kann zusätzlich zu geometrischen Anformun- gen auf der den Brennraum begrenzenden Kolbenoberfläche und zur vorteilhaften Ausbildung des Überströmkanals und des Überströmfensters im Eintritt des Überströmkanals in den Brennraum der Effekt genutzt werden, dass durch den Gegendruck des Abgases das Ausströmverhalten des Kraftstoff-Luftgemisches positiv beeinflusst wird, insbesondere, dass das Kraftstoff-Luftgemisch nicht in Richtung zum Auslass gelangt. Dabei kann der Auslass in einer dem Überströmkanal gegenüberliegenden Position am Zylinder angeordnet sein.
Weiterhin konnte beobachtet werden, dass durch den Gegendruck des Abgases aus dem Schalldämpfer die in den Brennraum einschießende Menge an Kraftstoff-Luftgemisch beeinflusst, insbesondere reduziert werden kann. Ist das Abgas durch den Auslass aus dem Brennraum in den Schalldämpfer entwichen, so kann der Druck im Brennraum nach Entweichen des Abgases abfallen und nach der Strömungsdauer der Abgasströmung im Strömungskanal und der ersten Kammer zurück in den Brennraum wieder ansteigen, wodurch die Menge an Kraftstoff-Luftgemisch reduziert werden kann, die durch den Überströmkanal aus dem Kurbelgehäuse in den Brennraum gelangt, da der Druck des Abgases einen Gegendruck gegen das Kraftstoff- Luftgemisch bildet. Damit ist durch den Gegendruck des Abgases sowohl das Ausströmverhalten des Kraftstoff- Luftgemisches positiv beeinflussbar, ferner kann die Menge an Kraftstoff- Luftgemisch, die durch den Überströmkanal in den Brennraum gelangt, beeinflusst werden. Damit ergeben sich asymmetrische Steuerzeiten der Öffnung sowohl des Auslasses als auch des Überströmkanals in den Brennraum hinein, und der Strömungsquerschnitt des Überströmkanals und des Überströmfensters des Überströmkanals in den Brennraum kann größer dimensioniert werden, wobei trotz der größeren Dimensionierung die in den Brennraum eintretende Menge an Kraftstoff-Luftgemisch durch den Gegendruck des Abgases reduziert werden kann.
Der Auslass des Brennraumes kann bei etwa 110° Kurbelwinkel öffnen, wobei der Strömungskanal und/oder die erste Kammer derart ausgebildet sein können, dass sich in der ersten Kammer ein Druckmaximum bei 140° bis 160° Kurbelwinkel einstellt. Bei etwa 160° Kurbelwinkel erreicht der Abgasdruck im Brennraum zunächst ein Minimum, sodass sich anschließend durch den Gegendruck des Abgases im Brennraum wieder ein Zwischendruckmaximum bildet, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet, der bei 180° Kurbelwinkel erreicht ist. Folglich wird das Druckmaximum in der ersten Kammer vorzugsweise etwa bei 30° bis 40° Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt des Kolbens des Zweitaktmotors erreicht, und durch das Zurückströmen des Abgases bildet die- ses einen Gegendruck im Brennraum mit einem Zwischendruckmaximum bei 180° Kurbelwinkel.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner gelöst durch ein Betriebsverfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors eines Motorarbeitsgerätes mit einem Schalldämpfer, insbesondere für ein handbetriebenes Motorarbeits- gerät wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät, ein Handwerkzeug wie eine Kettensäge, eine Handkreissäge oder ein Trennschleifer oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, wobei der Schalldämpfer einen Schall- dämpfereinlass aufweist, an den sich ein Strömungskanal anschließt, sodass der Strömungskanal mittels dem Schalldämpfereinlass an einen Auslass des Brenn- raumes des Zweitaktmotors angebracht ist, und wobei wenigstens ein Überströmkanal in den Brennraum mündet, über den Kraftstoff- Luftgemisch in den Brennraum eintritt, wenn sich ein den Brennraum beweglich begrenzender Kolben im Bereich des unteren Totpunktes befindet, wobei der Strömungskanal am dem Schalldämpfereinlass gegenüberliegenden Kanalende in eine erste Kammer mündet, wobei ferner eine zweite Kammer vorgesehen ist, in die Abgas durch einen vom Strömungskanal abgezweigten Hauptauslass einströmt und aus der das Abgas durch einen Auslass ausströmt, wobei der Strömungskanal zwischen dem Schalldämpfereinlass und der ersten Kammer derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das in den Schalldämpfereinlass einströmende Abgas auf- grund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer wieder zurück strömt, und sich hierdurch in Richtung zum Brennraum ein Gegendruck bildet, wobei über der Hubbewegung des Kolbens wenigstens die Schritte des Öffnens des Auslasses des Brennraumes durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens, des Öffnens des Über- Strömkanals durch eine weitere Abwärtsbewegung des Kolbens, der Bildung des Gegendruckes des Abgases in Richtung zum Brennraum, des Schließens des Überströmkanals durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens und des Schließens des Auslasses durch eine weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens vorgesehen sind.
Insbesondere kann der Gegendruck des Abgases in einem Zeitbereich gebildet werden, in dem der Kolben den unteren Totpunkt durchläuft, insbe- sondere kann vorgesehen werden, dass durch den Gegendruck des Abgases im Brennraum ein Zwischendruckmaximum gebildet wird, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet. Ferner kann vorgesehen werden, dass durch den Gegendruck des Abgases das Ausströmverhalten des Kraftstoff-Luftgemisches aus dem Überströmkanal in den Brennraum beeinflusst wird, insbesondere dass die Menge des aus dem Überströmkanal in den Brennraum eintretenden Kraftstoff-Luftgemisches durch den Gegendruck des Abgases reduziert wird.
Die Erfindung schließt weiterhin die technische Lehre ein, dass das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/40 bis 1/2 beträgt.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, die am Schalldämpfer beteiligten Volumina derart zu optimieren, dass eine möglichst gute Geräuschminderung beim Betrieb des Motorarbeitsgerätes erreicht wird. Dabei hat sich gezeigt, dass bei einem Volumen der ersten Kammer im Verhältnis zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers von 1/40 bis 1/2 die Druckschwingungen am Auslass des Schalldämpfers besonders stark abnehmen, sodass das Geräusch beim Betrieb des Motorarbeitsgerätes leiser ausgelegt werden kann.
Insbesondere kann das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/20 bis 1/8 betragen, wodurch besonders gute Ergebnisse zur Geräuschreduzierung erzielt wurden. Insbesondere kann das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/16 bis 1/10 betragen, wobei beste Ergebnisse erzielt wurden, wenn das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers etwa 1/12 beträgt.
Das Gesamtvolumen des Schalldämpfers kann aus den Volumina der ersten Kammer, der zweiten Kammer und des Strömungskanals gebildet sein. Die erste Kammer kann durch die zweite Kammer umschlossen sein, ferner kann die zweite Kammer derart ausgebildet sein, dass diese wenigstens einen Teil des Strömungskanals ebenfalls umschließt, wobei die erste Kammer auch außerhalb der zweiten Kammer angeordnet sein kann. Daher kann das Gesamtvolumen des Schalldämpfers näherungsweise angegeben werden durch das Volumen der zweiten Kammer, und der Auslass, an dem die Druckschwingungen zu minimieren sind, um einen möglichst niedrigen Geräuschpegel beim Betrieb des Zwei- taktmotors zu erreichen, betrifft den Auslass, durch den das Abgas die zweite Kammer ins Freie verlässt.
Das Verhältnis des Volumens des Strömungskanals zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers kann 1/50 bis 1/10 betragen. Zum Volumen des Strömungskanals kann ferner noch das Volumen des Hauptauslasses hinzugezählt werden. Die erste Kammer kann zudem einen Nebenauslass besitzen, durch den Abgas von der ersten Kammer direkt in die zweite Kammer überströmen kann, ohne den Strömungskanal erneut wenigstens teilweise zu durchströmen. Dabei kann das Volumen des Nebenauslasses dem Volumen der ersten Kammer, jedoch bevorzugt dem Volumen der zweiten Kammer und damit dem Gesamtvo- lumen des Schalldämpfers zugeordnet werden.
Die Verhältnisse der Volumina der ersten Kammer zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers, jedoch auch des Volumens des Strömungskanals zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers führt in erster Linie zu geringeren Druckschwankungen am Hauptauslass, der am Strömungskanal angeordnet ist, und durch den das Abgas vom Strömungskanal in die zweite Kammer eintreten kann. Eine Reduzierung des Gesamtgeräuschpegels des Schalldämpfers wird hingegen erreicht, wenn die Druckschwankungen des Abgases am Auslass aus der zweiten Kammer minimiert werden, durch den das Abgas ins Freie gelangen kann.
Durch das erfindungsgemäße Volumenverhältnis der ersten Kammer zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers, welches im Wesentlichen gebildet wird durch das Volumen der zweiten Kammer, wird jedoch zunächst eine Reduzierung der Druckschwankungen am Hauptauslass erreicht.
Dabei wird der Effekt erzielt, dass die Frequenz der Druckschwankungen, mit denen das Abgas durch den Hauptauslass in die zweite Kammer ge- langt, nicht mit der Resonanzfrequenz der zweiten Kammer übereinstimmt. Dabei ist es wichtig, dass die Anregungsfrequenz der zweiten Kammer möglichst einen großen Abstand zur Pulsationsfrequenz der Druckschwankungen des Abgases aufweist, mit dem das Abgas durch den Hauptauslass in die zweite Kam- mer einströmt. Erst dadurch kann eine besonders wirksame Reduzierung des Gesamtgeräuschpegels des Schalldämpfers erreicht werden.
Im Ergebnis wird das Ziel verfolgt, dass im Inneren des Schalldämpfers, gebildet durch das Zusammenspiel aus der ersten Kammer, dem Strömungska- nal und dem Brennraum, ein Strömungsprinzip genutzt wird, um die pulsierende Druckbarriere am Auslass des Brennraumes zu schaffen, und um hierdurch die Emissionswerte zu optimieren. Für den äußern Teil des Schalldämpfers, im Wesentlichen gebildet durch die zweite Kammer, die die erste Kammer und den wesentlichen Teil des Strömungskanals umschließt, wird das Ziel verfolgt, mög- liehst keine Resonanz entstehen zu lassen, sodass die Frequenz der Druckschwankungen, mit denen das Abgas durch den Hauptauslass in die zweite Kammer eintritt, möglichst nicht mit der Anregungsfrequenz der zweiten Kammer übereinstimmt. Folglich ergibt sich ein besonders gutes akustisches Dämpfungsergebnis des Schalldämpfers, sodass einerseits sehr gute Emissionsergeb- nisse erreicht werden, andererseits ist eine sehr gute Reduzierung des Betriebsgeräusches des Motorarbeitsgerätes erreichbar.
Gemäß einer weiteren Maßnahme der vorliegenden Erfindung kann der Zweitaktmotor ein Hubvolumen aufweisen, und das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer zum Hubvolumen beträgt ein 1/4 bis 2. Bei diesem Verhältnis zwischen dem Hubvolumen des Zweitaktmotors, der vorzugsweise als Einzylindermotor ausgeführt ist, und dem Volumen der ersten Kammer kann das Abgasströmungsprinzip zur Bildung eines Abgasgegendruckes besonders wirkungsvoll umgesetzt werden, um die Emissionswerte, jedoch auch die Verbrauchswerte des Zweitaktmotors, zu optimieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Maßnahme kann das Verhältnis des Volumens der zweiten Kammer zum Hubvolumen 4 bis 10 betragen. Durch dieses Verhältnis wird eine besonders gute Geräuschminimierung beim Betrieb des Zweitaktmotors erreicht.
Der Schalldämpfer kann vorzugsweise aus einem Edelstahl hergestellt sein, beispielsweise mit der Werkstoffnummer 1.4301, und der E-Modul des Materials kann vorzugsweise 200.000 N/mm2 betragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels ei- nes Zweitaktmotors mit einem Schalldämpfer,
Figur 2 ein Diagramm der Drücke über dem Kurbelwinkel des Zweitaktmotors in der ersten Kammer und im Brennraum,
Figur 3 eine schematische Ansicht eines Schalldämpfers der hier interessierenden Art in Anordnung an einen Zweitaktmotor,
Figur 4 ein Diagramm des Druckes über dem Kurbelwinkel des Zweitaktmotors mit verschiedenen Druckverläufen bei einer Drehzahl von 7000 1/min und
Figur 5 ein Diagramm des Druckes über dem Kurbelwinkel des Zweitaktmotors mit verschiedenen Druckverläufen bei einer Drehzahl von 10.000 1/min.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Zweitaktmotor 100 in einer schematischen, quergeschnittenen Ansicht, und am Zweitaktmotor 100 ist ein Schalldämpfer 10 angebracht. Der Zweitaktmotor 100 weist einen Zylinder 18 auf, in dem ein Brenn- räum 13 gebildet ist. Der Brennraum 13 ist beweglich begrenzt durch einen Kolben 21, der über eine Pleuel 23 mit einer Kurbelwelle 22 zur Bildung eines Kurbeltriebs verbunden ist, und die Kurbelwelle 22 ist in einem Kurbelgehäuse 24 gelagert. In der Wandung des Zylinders 18 ist ein Auslass angeordnet, an dem der Schalldämpfer 10 über einen Schalldämpfereinlass 11 in nicht näher gezeig- ter Weise angeflanscht ist. Befindet sich der Kolben 21 in der gezeigten Position nahe des unteren Totpunktes, so gibt der Kolben 21 den Auslass des Brennraumes 13 in diesem Bereich frei, und Abgas kann vom Brennraum 13 durch den Schalldämpfereinlass 11 in den Schalldämpfer 10 gelangen. An den Schalldämpfereinlass 11 schließt sich ein Strömungskanal 12 an, der mit einem dem Schalldämpfereinlass 11 gegenüberliegenden Kanalende in eine erste Kammer 15 mündet. Ferner weist der Schalldämpfer 10 eine zweite Kammer 16 auf, die beispielhaft größer ausgebildet ist als die erste Kammer 15 und die die erste Kammer 15 vorzugsweise vollständig sowie ebenfalls einen Teil des Strömungskanals 12 umschließt.
Das in den Schalldämpfereinlass 11 eintretende Abgas kann zunächst wenigstens zum größeren Teil in die erste Kammer 15 gelangen, wobei am Strömungskanal 12 ein Hauptauslass 17 angeordnet ist, und das Abgas kann aus dem Strömungskanal 12 durch den Hauptauslass 17 in die zweite Kammer 16 gelangen. Ferner besitzt die erste Kammer 15 einen Nebenauslass 20, sodass Abgas auch aus der ersten Kammer 15 direkt in die zweite Kammer 16 einströmen kann. Das Abgas kann durch einen Auslass 19, der in der Wandung der zweiten Kammer 16 eingebracht ist, den Schalldämpfer 10 verlassen und ins Freie gelangen.
Der Strömungskanal 12 erstreckt sich in gerader Ausbildung zwischen der ersten Kammer 15 und dem Schalldämpfereinlass 11, und ist damit derart strömungsgünstig ausgeformt, dass das in den Schalldämpfereinlass 11 ein- strömende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer 15 einströmt und in dieser einen Überdruck erzeugt. Nach einer Befüllung der ersten Kammer 15 kann das Abgas wieder in Richtung zum Schalldämpfereinlass 11 zurück strömen, und hierdurch gegen den Brennraum 13 einen Gegendruck bilden. Damit wird vermieden, dass Kraftstoff-Luftgemisch un- verbrannt in den Schalldämpfer 10 gelangt oder bereits in den Schalldämpfer 10 eingetretenes Kraftstoff-Luftgemisch wird in den Brennraum 13 zurück gedrückt. Erst nach Rückströmung des Abgases gegen den Auslass des Brennraumes 13 kann das Abgas den Strömungskanal 12 beziehungsweise die erste Kammer 15 durch einen Hauptauslass 17 verlassen und in die zweite Kammer 16 eintreten und durch den Auslass 19 ins Freie gelangen.
Am Zweitaktmotor 100 ist ein Überströmkanal 25 gezeigt, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Kurbelgehäuse 24 und dem Brennraum 13 bildet. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird zunächst auf nicht näher gezeigte Weise durch einen Einlass in das Kurbelgehäuse 24 eingesaugt, wenn der Kolben 21 eine Aufwärtsbewegung macht, und das Volumen des Kurbelgehäuses 24 vergrößert. Das angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch wird anschließend durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 21 im Kurbelgehäuse 24 verdichtet, sodass das Kraftstoff-Luftgemisch einen Überdruck aufweist. Fährt der Kolben 21 in seiner Hubbewegung dem unteren Totpunkt entgegen, so gibt der Kolben 21 ein Überströmfenster 26 in der Wandung des Zylinders 18 frei, und das Überströmfenster 26 bildet den Einlass des Überströmkanals 25 in den Brennraum 13. Folglich kann das Kraftstoff-Luftgemisch aufgrund des Überdrucks im Kurbelgehäuse 24 den Überströmkanal 25 durchströmen und durch das Überströmfenster 26 in den Brennraum 13 eintreten. Bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 21 werden sowohl der Überströmkanal 25 als auch der Auslass des Brennraumes 13 in den Schalldämpfereinlass 11 wieder verschlossen, und das in den Brennraum 13 eingetretene Kraftstoff-Luftgemisch kann verdichtet und gezündet werden.
Gemäß der Darstellung mündet der Überströmkanal 25 im Überströmfenster 26 an einer Position in den Brennraum 13, wenn auch der Brennraum 13 eine Strömungsverbindung mit dem Schalldämpfereinlass 11 aufweist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung kann das aus der ersten Kammer 15 durch den Strömungskanal 12 zurückströmende Abgas in Richtung zum Brennraum 13 einen Gegendruck bilden oder sogar in den Brennraum 13 einströmen und in diesem einen Überdruck bilden, und es kann eine Wechselwirkung zwischen dem zurückströmenden Abgas und dem durch den Überströmkanal 25 in den Brennraum 13 einströmenden Kraftstoff-Luftgemisch stattfinden. Insbesondere kann das rückströmende Abgas noch während der Öffnungszeit des Auslasses einen vorübergehenden Überdruck im Brennraum 13 bilden, und durch den Überdruck kann Einfluss auf die Menge an Kraftstoff-Luftgemisch sowie auf das Ausströmverhalten des Kraftstoff-Luftgemisches genommen werden, das durch den Überströmkanal 25 in den Brennraum 13 strömt. Folglich kann das rückströmende Abgas im Brennraum 13 einen vorübergehenden Druckstoß bilden, durch den Einfluss auf das in den Brennraum 13 einströmende Kraftstoff- Luftgemisch genommen werden kann.
Figur 2 zeigt in einem Diagramm einen Druck, der über einem Kurbelwinkel °KW in Grad aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt zwei Druckverläufe A und B, und der Druckverlauf A gibt den Druckverlauf im Brennraum 13, und der Druckverlauf B gibt den Druckverlauf in der ersten Kammer 15 wieder. Bei einem Kurbelwinkel von etwa 110° öffnet der Auslass des Brennraumes 13, gekennzeichnet durch EO, etwa bei etwa 130° öffnet der Überströmkanal 25 in den Brennraum 13, gekennzeichnet durch TPO, wobei das Schließen des Über- Strömkanals 25 durch TPC gekennzeichnet ist, und bei 230° stattfindet. Der Aus- lass des Brennraumes 13 wird bei etwa 250° geschlossen, gekennzeichnet durch EC. Damit wird deutlich, dass das Auslassfenster im Zylinder 18 eine in Kolbenhubrichtung größere Erstreckung aufweist als der Überströmkanal 25. Jedoch sind sowohl der Auslass als auch der Überströmkanal 25 zwischen 130° Kurbelwinkel und 230° Kurbelwinkel beide geöffnet.
Der Druckverlauf A im Brennraum 13 zeigt, dass nach Öffnung des Auslasses des Brennraumes 13 der Druck im Brennraum 13 abfällt, bis der Druck A einen Wert von etwa 1,3 bar erreicht. Dabei strömt das Abgas aus dem Brenn- räum 13 in den Schalldämpfer 10 ein, sodass der in der ersten Kammer 15 gemessene Druckverlauf B einen Anstieg verzeichnet. Damit strömt das Abgas aus dem Brennraum 13 in die erste Kammer 15, und bei Abfall des Druckverlaufes A ist ein Anstieg des Druckverlaufes B zu verzeichnen. Der Maximaldruck in der ersten Kammer 15 wird etwa bei 145° Kurbelwinkel erreicht und strömt durch den Strömungskanal 12 zurück in den Brennraum 13. Im Bereich des unteren Totpunktes BDC erreicht dadurch der Druck in der ersten Kammer 15 ein vorübergehendes Minimum, und der Druck im Brennraum 13 zeigt einen Anstieg bis zu einem Zwischendruckmaximum, gekennzeichnet durch X. Das Zwischen- druckmaximum X wird etwa im unteren Totpunkt BDC erreicht, und durch den Zwischendruck im Brennraum 13 kann Einfluss genommen werden auf das Kraftstoff-Luftgemisch, was zur gleichen Zeit durch den Überströmkanal 25 ebenfalls in den Brennraum 13 einströmt. Der Druckverlauf B in der ersten Kammer 15 zeigt nachfolgend ein weiteres Zwischendruckmaximum, da ein Teil des Abgases wieder in Richtung zur ersten Kammer 15 zurück strömt, bevor das Abgas den Strömungskanal 12 beziehungsweise die erste Kammer 15 durch den Hauptauslass 17 verlässt.
Der Druckverlauf A im Brennraum 13 verdeutlicht eine Abgasrückströmung, die zu einem Zeitpunkt stattfindet, der zwischen dem Öffnen TPO des Überströmkanals 25 und dem Schließen TPC des Überströmkanals 25 liegt.
Figur 3 zeigt einen Zweitaktmotor 110 in einer schematischen, quergeschnittenen Ansicht, und am Zweitaktmotor 110 ist ein Schalldämpfer 200 angebracht. Der Zweitaktmotor 110 weist einen Zylinder 118 auf, in dem ein Brennraum 113 gebildet ist. Der Brennraum 113 ist beweglich begrenzt durch einen Kolben 121, der über eine Pleuel 123 mit einer Kurbelwelle 122 zur Bildung eines Kurbeltriebs verbunden ist, und die Kurbelwelle 122 ist in einem Kurbelgehäuse 124 gelagert. In der Wandung des Zylinders 118 ist ein Auslass angeordnet, an dem der Schalldämpfer 200 über einen Schalldämpfereinlass 111 in nicht näher gezeigter Weise angeflanscht ist. Befindet sich der Kolben 121 in der gezeigten Position des unteren Totpunktes, so gibt der Kolben 121 den Auslass des Brennraumes 113 frei, und Abgas kann vom Brennraum 113 durch den Schalldämpfereinlass 111 in den Schalldämpfer 200 gelangen. An den Schalldämpfereinlass 111 schließt sich ein Strömungskanal 112 an, der mit ei- nem dem Schalldämpfereinlass 111 gegenüberliegenden Kanalende 114 in eine erste Kammer 115 mündet. Ferner weist der Schalldämpfer 110 eine zweite Kammer 116 auf, die größer ausgebildet ist als die erste Kammer 115 und die die erste Kammer 115 vollständig sowie ebenfalls einen Teil des Strömungskanals 112 umschließt.
Das in den Schalldämpfereinlass 111 eintretende Abgas kann zunächst wenigstens zum größeren Teil in die erste Kammer 115 gelangen, wobei am Strömungskanal 112 ein Hauptauslass 117 angeordnet ist, und das Abgas kann aus dem Strömungskanal 112 durch den Hauptauslass 117 in die zweite Kammer 116 gelangen. Ferner besitzt die erste Kammer 115 einen Nebenauslass 120, sodass Abgas auch aus der ersten Kammer 115 direkt in die zweite Kammer 116 einströmen kann. Das Abgas kann durch einen Auslass 119, der in der Wandung der zweiten Kammer 116 eingebracht ist, den Schalldämpfer 200 verlassen.
Der Strömungskanal 112 erstreckt sich in gerader Ausbildung zwischen der ersten Kammer 115 und dem Schalldämpfereinlass 111, und ist damit derart strömungsgünstig ausgeformt, dass das in den Schalldämpfereinlass 111 einströmende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer 115 einströmt und in dieser einen Überdruck erzeugt. Nach einer Befüllung der ersten Kammer 115 kann das Abgas wieder in Richtung zum Schalldämpfereinlass 111 zurückströmen, und hierdurch gegen den Brennraum 113 einen Gegendruck bilden. Damit wird vermieden, dass Kraftstoff-Luftgemisch unverbrannt in den Schalldämpfer 200 gelangt oder bereits in den Schalldämpfer 200 eingetretenes Kraftstoff-Luftgemisch wird in den Brennraum 113 zurückgedrückt. Erst nach Rückströmung des Abgases gegen den Auslass des Brennraumes 113 kann das Abgas den Strömungskanal 112 beziehungsweise die erste Kammer 115 durch einen Hauptauslass 117 verlassen und in die zweite Kammer 116 eintreten. Das Abgas verlässt den Schalldämpfer 200 endgültig durch einen Auslass 119, der in der zweiten Kammer 116 eingebracht ist, und das Abgas kann durch den Auslass 119 ins Freie gelangen.
Die Darstellung zeigt die erste Kammer 115 mit Abmessungen, die deutlich kleiner sind als die Abmessungen der zweiten Kammer 116, und die zweite Kammer 116 umschließt die erste Kammer 115 beispielhaft sowie einen Teil des Strömungskanals 112. Dabei ist das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer 115 zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/40 bis 1/2, und das Gesamtvolumen des Schalldämpfers 200 wird durch das absolute Volumen der zweiten Kammer 116 gebildet. Dadurch wird eine erhebliche Verringerung des Betriebsgeräusches des Zweitaktmotors 110 erreicht, das im Wesentlichen bestimmt wird durch den Druckverlauf und insbesondere durch die Druckschwan- kungen am Hauptauslass 117 bzw. am Auslass 119 des Schalldämpfers 200.
Die Figuren 4 und 5 zeigen für verschiedene Drehzahlen den Druckverlauf p in bar über dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 122 in Grad, und Figur 4 zeigt die Druckverläufe A, B und C für einen Zweitaktmotor 110 mit einer Drehzahl n= 7000 1/min, und Figur 5 zeigt die Druckverläufe für eine Drehzahl n= 10.000 1/min. Der Kurbelwinkel, bei dem der Auslass des Brennraumes 113 öffnet und schließt, ist für mehrere Ladungswechsel angegeben. Dabei gibt die Angabe EO an, dass der Auslass des Brennraums 113 geöffnet wird, und die Angabe EC gibt an, dass der Auslass des Brennraumes 113 wieder geschlossen wird. In Figur 4 sind zwei Öffnungszyklen des Auslasses gezeigt, und der Druckverlauf im Brennraum 113 ist mit C angegeben. Figur 5 zeigt aufgrund der höheren Drehzahl drei Öffnungszyklen des Brennraumes 113, angegeben durch die Druckverläufe C.
Der Druckverlauf A zeigt den Verlauf des Druckes des Abgasmassenstroms am Auslass für einen Schalldämpfer 200 mit den Merkmalen der vorlie- genden Erfindung, und B zeigt den Druckverlauf des Abgasmassenstroms am Auslass eines konventionellen Schalldämpfers, der ein Verhältnis der Volumina einer Vorkammer zum Gesamtvolumen eines Schalldämpfers aufweist, das nicht im beanspruchten Bereich liegt. Sowohl in Figur 4 bei einer Drehzahl von n= 7000 1/min, als auch in Figur 5 bei einer Drehzahl n= 10.000 1/min ist erkennbar, dass der Druckverlauf A des Abgasmassenstroms am Auslass eines Schalldämpfers 200 mit erfindungsgemäßem Volumenverhältnis eine geringere Druckschwankung aufweist als der Druckverlauf B. Mit Blick auf Figur 5 ist erkennbar, dass der Druckverlauf A bei einer Drehzahl n= 10.000 1/min der Druckverlauf A sehr gleichmäßig bei etwa 1,125 bar verläuft, sodass das Abgas, das den Schalldämpfer 200 verlässt, nur noch eine geringe oder keine Druckpulsation mehr aufweist. Dadurch wird erreicht, dass der Schalldämpfer 200 das Betriebsgeräusch des Zweitaktmotors 110 sehr stark dämpft.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprü- chen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
100, 200 Zweitaktmotor
10 Schalldämpfer
11 Schalldämpfereinlass
12 Strömungskanal
13 Brennraum
14 Kanalende
15 erste Kammer
16 zweite Kammer
17 Hauptauslass
18 Zylinder
19 Auslass
20 Nebenauslass
21 Kolben
22 Kurbelwelle
23 Pleuel
24 Kurbelgehäuse
25 Überströmkanal
26 Überströmfenster
Druckverlauf im Brennraum
Druckverlauf in der ersten Kammer
Zwischenruckmaximum p Druck in bar
°KW Kurbelwinkel in Grad
EO Auslass des Brennraums geöffnet
EC Auslass des Brennraums geschlossen
TPO Überströmkanal in den Brennraum geöffnet
TPC Überströmkanal in den Brennraum geschlossen
BDC unterer Totpunkt 110 Zweitaktmotor
111 Schalldämpfereinlass
112 Strömungskanal
113 Brennraum
114 Kanalende
115 erste Kammer
116 zweite Kammer
117 Hauptauslass
118 Zylinder
119 Auslass
120 Nebenauslass
121 Kolben
122 Kurbelwelle
123 Pleuel
124 Kurbelgehäuse
A Druckverlauf des Abgasmassenstroms am Auslass
B Druckverlauf des Abgasmassenstroms am Auslass eines konventionellen Schalldämpfers
C Druckverlauf im Brennraum
n Drehzahl des Zweitaktmotors p Druck in bar
°KW Kurbelwinkel in Grad
EO Auslass des Brennraumes geöffnet
EC Auslass des Brennraumes geschlossen

Claims

Patentansprüche
1. Zweitaktmotor (100) für ein Motorarbeitsgerät mit einem Schall- dämpfer (10), insbesondere für ein handbetriebenes Motorarbeitsgerät wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät, ein Handwerkzeug wie eine Kettensäge, eine Handkreissäge oder ein Trennschleifer oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, wobei
- der Schalldämpfer (10) einen Schalldämpfereinlass (11) aufweist, an den sich ein Strömungskanal (12) anschließt, sodass
- der Strömungskanal (12) mittels dem Schalldämpfereinlass (11) an einen Auslass eines Brennraumes (13) des Zweitaktmotors anbringbar ist,
- und wobei wenigstens ein Überströmkanal (25) in den Brennraum (13) mündet, über den Kraftstoff- Luftgemisch in den Brennraum (13) eintritt, wenn sich ein den Brennraum (13) beweglich begrenzender Kolben (21) im Bereich des unteren Totpunktes (BDC) befindet,
- wobei der Strömungskanal (12) am dem Schalldämpfereinlass (11) gegenüberliegenden Kanalende (14) in eine erste Kammer (15) mündet,
- wobei ferner eine zweite Kammer (16) vorgesehen ist,
- in die Abgas durch einen vom Strömungskanal (12) abgezweigten
Hauptauslass (17) einströmt und aus der das Abgas durch einen Auslass (19) ausströmt, wobei
- der Strömungskanal (12) zwischen dem Schalldämpfereinlass (11) und der ersten Kammer (15) derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das in den Schalldämpfereinlass (11) einströmende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer (15) einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer (15) wieder zurück strömt, und sich hierdurch im oder in Richtung zum Brennraum (13) ein Gegendruck bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung des Gegendruckes des Ab- gases in einem Zeitbereich erfolgt, in dem der Auslass durch den Kolben (21) freigegeben ist und das Kraftstoff-Luftgemisch zumindest überwiegend durch den wenigstens einen Überströmkanal (25) in den Brennraum gelangt ist.
2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Ausbildung des wenigstens einen Überströmkanals (25) derart beschaffen ist, dass die Bildung des Gegendruckes des Abgases in einem Zeitbereich erfolgt, in dem der Überströmkanal (25) zum Brennraum (13) durch den Kolben (21) freigegeben ist.
3. Zweitaktmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Strömungskanal (12) und die erste Kammer (15) derart ausgebildet sind, dass die Bildung des Gegendruckes des Abgases in einem Zeit- bereich erfolgt, in dem der Überströmkanal (25) zum Brennraum (13) durch den Kolben (21) freigegeben ist.
4. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck des Abgases im Zeitpunkt und/oder in seiner Höhe derart bestimmt ist, dass das Ausströmverhalten, insbesondere die Menge des durch den Überströmkanal (25) in den Brennraum (13) eintretenden Kraftstoff- Luftgemisches beeinflussbar, insbesondere reduzierbar ist.
5. Zweitaktmotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Überströmkanal (25) in einer dem
Auslass gegenüberliegenden Position am Zylinder (18) angeordnet ist.
6. Zweitaktmotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass des Brennraums (13) bei etwa 110° Kurbel- winkel öffnet, wobei der Strömungskanal (12) und/oder die erste Kammer (15) derart ausgebildet sind, dass sich in der ersten Kammer (15) ein Druckmaximum bei 140° bis 160° Kurbelwinkel einstellt.
7. Zweitaktmotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch den Gegendruck des Abgases im Brennraum
(13) ein Zwischendruckmaximum (X) bildet, wenn sich der Kolben (21) im unteren Totpunkt (BDC) befindet.
8. Betriebsverfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors (100) eines Motorarbeitsgerätes mit einem Schalldämpfer (10), insbesondere für ein handbetriebenes Motorarbeitsgerät wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät, ein Handwerkzeug wie eine Kettensäge, eine Handkreissäge oder ein Trenn- Schleifer oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, wobei
- der Schalldämpfer (10) einen Schalldämpfereinlass (11) aufweist, an den sich ein Strömungskanal (12) anschließt, sodass
- der Strömungskanal (12) mittels dem Schalldämpfereinlass (11) an einen Auslass eines Brennraumes (13) des Zweitaktmotors angebracht ist,
- und wobei wenigstens ein Überströmkanal (25) in den Brennraum
(13) mündet, über den Kraftstoff- Luftgemisch in den Brennraum (13) eintritt, wenn sich ein den Brennraum (13) beweglich begrenzender Kolben (21) im Bereich des unteren Totpunktes (BDC) befindet,
- wobei der Strömungskanal (12) am dem Schalldämpfereinlass (11) gegenüberliegenden Kanalende (14) in eine erste Kammer (15) mündet,
- wobei ferner eine zweite Kammer (16) vorgesehen ist,
- in die Abgas durch einen vom Strömungskanal (12) abgezweigten Hauptauslass (17) einströmt und aus der das Abgas durch einen Auslass (19) ausströmt, wobei
- der Strömungskanal (12) zwischen dem Schalldämpfereinlass (11) und der ersten Kammer (15) derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das in den Schalldämpfereinlass (11) einströmende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer (15) einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer (15) wieder zurück strömt, und sich hierdurch im oder in Richtung zum Brennraum (13) ein Gegendruck bildet,
gekennzeichnet durch wenigstens die folgenden Schritte über der Hubbewegung des Kolbens (21):
- Öffnen des Auslasses des Brennraums (13) durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens (21),
- Öffnen des Überströmkanals (25) durch weitere Abwärtsbewegung des Kolbens (21),
- Bildung des Gegendruckes des Abgases in Richtung zum Brennraum
(13), - Schließen des Überströmkanals (25) durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens (21) und
- Schließen des Auslasses durch weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens (21).
9. Betriebsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck des Abgases in einem Zeitbereich gebildet wird, in dem der Kolben (21) den unteren Totpunkt (BDC) durchläuft, insbesondere dass durch den Gegendruck des Abgases im Brennraum (13) ein Zwischendruckmaximum (X) gebildet wird, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt (BDC) befindet.
10. Betriebsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Gegendruck des Abgases das Ausströmverhalten des Kraftstoff- Luftgemisches aus dem Überströmkanal (25) in den Brennraum (13) be- einflusst wird, insbesondere dass die Menge des aus dem Überströmkanal (25) in den Brennraum (13) eintretenden Kraftstoff- Luftgemisches durch den Gegendruck des Abgases reduziert wird.
11. Schalldämpfer (200) für einen Zweitaktmotor (110) eines Motorar- beitsgerätes, insbesondere für ein handbetriebenes Motorarbeitsgerät wie ein
Garten- und Grünanlagenpflegegerät, ein Handwerkzeug wie eine Kettensäge, eine Handkreissäge oder ein Trennschleifer oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
- der Schalldämpfer einen Schalldämpfereinlass (111) aufweist, an den sich ein Strömungskanal (112) anschließt, sodass
- der Strömungskanal (112) mittels dem Schalldämpfereinlass (111) an einen Auslass eines Brennraumes (113) des Zweitaktmotors (110) anbringbar ist,
- wobei der Strömungskanal (112) am dem Schalldämpfereinlass (111) gegenüberliegenden Kanalende (114) in eine erste Kammer (115) mündet,
- wobei ferner eine zweite Kammer (116) vorgesehen ist, - in die Abgas durch ein vom Strömungskanal (112) abgezweigter Hauptauslass (117) einströmt und aus der das Abgas durch einen Auslass (119) ausströmt, wobei
- der Strömungskanal (112) zwischen dem Schalldämpfereinlass (111) und der ersten Kammer (115) derart strömungsgünstig ausgeformt ist, dass das in den Schalldämpfereinlass (111) einströmende Abgas aufgrund seiner Massenträgheit überwiegend in die erste Kammer (115) einströmt und nach einer Befüllung der ersten Kammer (115) wieder zurück strömt, und sich hierdurch in Richtung zum Brennraum (113) ein Gegendruck bildet, dadurch gekennzeich- net, dass das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer (115) zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/40 bis 1/2 beträgt.
12. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer (115) zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/20 bis 1/8 beträgt.
13. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer (115) zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/16 bis 1/10 beträgt, insbeson- dere dass das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer (115) zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/12 beträgt.
14. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen des Schalldämpfers aus den Volumina der ersten Kammer (115), der zweiten Kammer (116) und des Strömungskanals (112) gebildet ist.
15. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Volumens des Strömungska- nals (112) zum Gesamtvolumen des Schalldämpfers 1/50 bis 1/10 beträgt.
16. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweitaktmotor (110) ein Hubvolumen auf- weist, wobei das Verhältnis des Volumens der ersten Kammer (115) zum Hubvolumen 1/4 bis 2 beträgt.
17. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (115) durch die zweite Kammer (116) umschlossen ist oder dass die erste Kammer (115) außerhalb der zweiten Kammer (116) angeordnet ist.
18. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Volumens der zweiten Kammer (116) zum Hubvolumen 3 bis 10 beträgt.
19. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer aus Edelstahl ausgebildet ist und dass das Material eine Wandstärke von vorzugsweise 0,5mm bis 1,2mm aufweist.
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