DE2461085A1

DE2461085A1 - Auspuffanlage fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2461085A1
Application number: DE19742461085
Authority: DE
Inventors: Magohei Tsukamoto
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1973-12-25
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1975-07-03
Also published as: US4038820A; CA1042808A; FR2255472A1; GB1487400A; JPS5095632A; FR2255472B1

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DIPL.-ING.

H. KINKELDEY

DR.-INQ.

W. STOCKMAIR

DR-INS. · AeE(CAUTECH)

0 I R 1 Π Q ^ ^Κ· SCHUMANN

/. H y I V/00 DR. RER. NAT. · DIFL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-INQ.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

DR. RER. OEC. KOQ.

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

23. Dezember 1974-P 8859

YAMAHA HATSUDOi£I K.K. .

No. 25ΟΟ, Shingai, Iwata-shi, Shizuoka-ken, Japan

Auspuffanlage für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft eine Auspuffanlage für Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Auspuffanlage für einen Motor, die wirksam geräuscherzeugenden, pulsierenden Druck im Motorabgas dämpfen kann.

Herkömmliche Auspuffanlagen für Verbrennungsmotoren umfassen ein Auspuffrohr mit einem offenen Austrittsende, durch das die Motorabgase abgegeben werden. Da die Verbrennungsgase des Motors periodisch aus der Auslaßöffnung des Motors austreten, erzeugen sie einen pulsierenden Druck im Aus-

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TELEFON (089) S3QS62 TELEX 05-20 380 TELEQRAMME MONAPAT

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puffrohr. Der auf diese Weise erzeugte pulsierende Druck pflanzt sich im Auspuffrohr zu dessen Austrittsende fort und tritt schließlich aus dem Austrittsende aus. Bei einem herkömmlichen Auspuffrohr sind keinerlei Maßnahmen zum Absorbieren oder Dämpfen des pulsierenden Drucks vorgesehen, so daß dieser aus dem Auspuffrohr im wesentlichen in der Form austritt, in der er anfänglich erzeugt wurde. Obwohl das Abgas vom Auspuffrohr in einen Schalldämpfer geleitet wird, so daß der geräuscherzeugende Druck im Abgas wesentlich gedämpft wird, bevor es an die umgebende Atmosphäre abgegeben wird, war es äußerst schwierig, den Geräuschpegel unter einen annehmbaren Wert zu senken, wenn nicht ein voluminöser Schalldämpfer benutzt wird, da die Druckpulsation im Abgas nennenswerte Komponenten mit niedriger Frequenz umfaßt und da der Größtwert des pulsierenden Drucks hoch ist. Insbesondere bei einem Motorrad, bei dem nur begrenzter Raum für einen Schalldämpfer zur Verfügung steht, stellt dies ein ernstes Problem dar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil einer herkömmlichen Motorauspuffanlage zu beseitigen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Auspuffanlage für einen Motor, bei der die- Motorabgase an einer oder mehreren Stellen abgezogen werden, an der bzw. denen die größte Amplitude des geräuscherzeugenden, pulsierenden Drucks im Abgas verhältnismäßig niedrig ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Umwandlung der Motorabgase in eine solche Form, daß der geräuscherzeugende, pulsierende Druck leicht mit einem verhältnismäßig kleinen Schalldämpfer gedämpft werden kann.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Auspuffanlage für einen Verbrennungsmotor gelöst durch ein Auspuffrohr, dessen eines Ende mit einer Auslaßöffnung

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des Motors.verbunden ist und dessen anderes Ende verschlossen ist, wobei das Auspuffrohr einen an die Auslaßöffnung des Motors angrenzenden ersten Abschnitt mit im wesentlichen gleichförraiger Querschnittsfläche, einen zweiten Abschnitt, der an einem Ende mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und dessen Querschnittsfläche zu seinem anderen Ende zunimmt, und einen dritten Abschnitt hat, der an einem Ende mit dem zweiten Abschnitt verbunden, und am anderen Ende verschlossen ist, und eine Abgasaustrittsöffnungseinrichtung, die am Auspuffrohr im dritten Abschnitt ausgebildet ist und Abstand vom verschlossenen Ende des Auspuffrohres hat.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung kann sich das Motorabgas im Auspuffrohr ausdehnen, so daß die größte Amplitude'des pulsierenden Drucks im Abgas vermindert werden kann. Da das Auspuffrohr an seinem hinteren Ende verschlossen ist, wird ferner die Druckpulsation im Abgas am verschlossenen Ende reflektiert, so daß sie danach in entgegengesetzter Richtung lauft. Untersuchungen des Erfinders haben gezeigt, daß der Größtwert des pulsierenden Drucks im Abgas im mittleren Abschnitt des Auspuffrohres niedriger als in dessen beiden Endabschnitten ist. Erfindungsgemäß ist die

Abgasaustrittsoffnungseinrichtung bzw. die Abgasaustrittsöffnung in diesem mittleren Abschnitt des Auspuffrohres, und zwar insbesondere im dritten Abschnitt, angeordnet, so daß das Abgas aus dem Auspuffrohr bei einem niedrigeren Druckniveau abgegeben wird. Ferner hat die erfindungsgemäße Ausbildung die Wirkung, daß Niedrxgfrequenzkomponenten des Geräusches im Abgas vermindert werden. Daher wird es aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung möglich, Geräusch im Abgas mit einem verhältnismäßig kleinen Schalldämpfer zu dämpfen. .

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Wenn die Erfindung auf eine Auspuffanlage für Zweitaktmotoren angewendet wird, hat die Gesamtlänge des Auspuffrohres einen bedeutenden Einfluß auf die Leistung und Funktionsweise des Motors, da die am verschlossenen Ende reflektierten Pulsationen im Auspuffrohr zurücklaufen und die Auslaßöffnung erreichen. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Länge des Auspuffrohres richtig so zu bemessen, daß während der Spülphase des Motorbetriebs ein verhältnismäßig niedriger Gegendruck an der Auslaßöffnung auftritt, damit das Spülen des Abgases anfänglich unterstützt wird, und daß während des Verdichtungshubes ein verhältnismäßig hoher Gegendruck aufgebracht wird, damit verhindert wird, daß eine zu große Länge des brennbaren Gemische durch die Auslaßöffnung entweicht. Andererseits hat der Abstand zwischen der Abgasaustrittsoffnungseinrxchtung und dem verschlossenen Ende des Auspuffrohres einen wesentlichen Einfluß auf die Natur der Schwingungen, die durch die Abgasaustrittsöffnungs.einrichtung austreten. Erfindungsgemäß kann die. gewünschte Gesamtlänge des Auspuffrohres einfach dadurch erreicht werden, daß die Länge des ersten Abschnitts mit der konstanten Querschnittsfläche vergrößert oder verkleinert wird, ohne daß irgendeine Auswirkung auf die Natur der Schwingungen auftritt, die durch die Abgasaustrittsöffnungseinrichtung austreten.

Somit handelt es sich bei der Erfindung um eine Auspuffanlage für Verbrennungsmotoren, die ein Auspuffrohr umfaßt, dessen eines Ende mit der Auslaßöffnung des Motors verbunden ist und das nahe seinem anderen Ende eine vergrößerte Expansionskammer hat, wobei das Auspuffrohr am anderen Ende ■verschlossen ist und mit einer oder mehreren Abgasaüstrittsöffnungen versehen ist, die sich an einer Stelle befinden, ander der Größtwert des geräuscherzeugenden, pulsierenden Drucks verhältnismäßig niedrig ist.

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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

ig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Zwei iaktmotor, der mit einem erfindungsgemäßen Auspuffrohr ausgerüstet ist;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß ΙΙ-1Ί in Fig. 1;

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen

Zweitaktmotor, der mit einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auspuffrohres versehen ist;
und

Fig. 4 ein Diagramm, das die Änderung des maximalen Drucks über der Länge des Auspuffrohres zeigt.

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Im folgenden wird auf die Zeichnungen eingegangen und zwar zunächst' auf Pig. 1 . In Fig. 1 ist ein herkömmlich konstruierter Zweitaktmotor 1 dargestellt, der einen Zylinder 2 und einen Kolben 3 umfaßt, der im Zylinder 2 hin- und herlaufen kann. In bekannter Weise ist der Zylinder mit nicht dargestellten Spülschlitzen und -einer Auslaß·* öffnung h versehen, die zu einem Auslaßkanal 5 führt. Ein Auspuffrohr 6 ist mit einem Ende mit dem Auslaßkanal 5 verbunden und weist einen oberen bzw. ersten Abschnitt 6a mit im wesentlichen gleichmäßiger Querschnittsfläche auf. An den gleichmäßigen ersten Abschnitt 6a schließt sich ein Expansionskonus bzw. zweiter Abschnitt 6b an, dessen Querschnitt allmählich zur stromab gelegenen Seite zunimmt. An den Expansionskonus 6b schließt sich ein zylindrischer, dritter Abschnitt 6c mit im wesentlichen gleichmäßigem Querschnitt an, der in einen Kontraktionskonus 6d übergeht. Das Ende des Kontraktionskonus 6d wird von einem napfförmigen Endabschnitt 6e abgeschlossen. Somit wird im Auspuffrohr 6 eine Expansionskammer 7 vom Expansionskonus 6b, dem zylindrischen Abschnitt 6c und dem Kohtraktionskonus 6d gebildet. Das Auspuffrohr 6 ist am zylindrischen Abschnitt 6c mit einer Abgasaustrittsöffnung 8 versehen, die"mit einem nach unten gerichteten Austrittsrohr 9 verbunden ist.

Beim Betrieb des Motors wird periodisch Verbrennungsgas aus der Auslaßöffnung k. im Zylinder 2 in das Auspuffrohr abgegeben, und geräuscherzeugender, pulsierender Druck breitet sich über die Länge des Auspuffrohres 6 aus. Das Abgas kann in der Expansionskammer 7 expandieren, so daß die größte Amplitude des pulsierenden Drucks wesentlich vermindert wird. Fig. k zeigt die Änderung des maximalen Drucks mit der Länge des Auspuffrohres 6. Die Pulsation

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im Abgas wird am Kontraktionskonus 6d und dem geschlossenen Endabschnitt 6e reflektiert und läuft dann in entgegengesetzter Richtung. Es ist somit erkennbar, daß die Abgasaustrittsöffnung 8 dem pulsierenden Druck von der Auslaßöffnung K des Motors und dem pulsierenden, von den . Abschnitten 6b und 6e reflektierten Druck ausgesetzt ist, wobei Schwingung höherer Frequenz aus der Abgasaustrittsöffnung 8 austritt. Da die größte Amplitude der Schwingung bzw. Pulsation im Abgas in der Expansionskammer 7 "beträchtlich vermindert wird und da Schwingungen höherer Frequenz aus der Expansionskammer 7 durch die Abgasaustrittsöffnung 8 entnommen werden, kann der geräuscherzeugende, pulsierende Druck im Abgas, das aus dem Auspuffrohr 6 durch die Austrittsöffnung 8 abgegeben wird, leicht mittels herkömmlicher Schalldämpfer kleinerer Abmessungen gedämpft werden. Beispielsweise kann ein herkömmlicher Schalldämpfer mit geräuschabsorbierenden Materialien, beispielsweise Glasfasern, benutzt werden, die Hochfrequenzschwingungen wirksam dämpfen können;

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind Teile, die Teilen der_pAusführungsform gemäß Fig. 1 entsprechen, mit einem um 10 größeren Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform ist der zylindrische Abschnitt i6c, der eine Expansionskammer 17 begrenzt, mit zwei Abgasaustrittsöffnungen I8a und 18b versehen, die in Axialrichtung Abstand voneinander haben und miteinander über eine äußere· Leitung 19' verbunden sind, die in ihrem mittleren Abschnitt mit Löchern 20 versehen ist. Der Ort der Löcher kann so-bestimmt sein, daß Schwingungen von den Abgasaustrittsöffnungen 18a und 18b diese mit einer Phasendifferenz von 180 erreichen. Ein Gehäuse 21 mit einer Austrittsöffnung umgibt den durchlöcherten Bereich der Leitung I9. Im übrigen

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ist diese Ausführungsform mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform identisch, so daß sich eine ausführliche Beschreibung weiterer Einzelheiten erübrigt.

Bei dieser Ausführungsform ist die Länge der Leitung 1$? so festgelegt, daß die Schwingung von der Abgasaustritts-, öffnung 18a mit der Schwingung von der Abgasaustrittsöffnung 18b im Bereich der Löcher 20 zur Interferenz kommt, so daß die Schwingungen beträchtlich gedämpft werden können, bevor sie durch die Austrittsöffnung 22 austreten. Bei beiden Ausführungsformen können die Austrittsöffnungen 8 und 22 selbstverständlich mit herkömmlichen Schalldämpfern zur weiteren Dämpfung der geräuscherzeugenden Pulsation verbunden sein.

Die Erfindung wurde zuvor unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben; es versteht sich jedoch, daß die Erfindung in keiner· Weise auf die Einzelheiten der dargestellten Konstruktionen beschränkt ist und daß Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. ..

Patentansprüche:

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Claims

P at ent an sp'rüche

Auspuffanlage für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch, ein Auspuffrohr (6, l6), dessen eines Ende mit einer Auslaßöffnung (k, 14) des Motors (1, 11 ) verbunden ist und dessen anderes Ende verschlossen ist, wobei das Auspuffrohr einen an die Auslaßöffnung des Motors angrenzenden ersten Abschnitt (6a, i6a) mit im wesentlichen gleichförmiger Querschnittsfläche, einen zweiten Abschnitt (6b, i6b), der an einem Ende mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und dessen Querschnittsfläche zu seinem anderen Ende zunimmt, und einen dritten Abschnitt (c, i6c) hat, der an einem Ende mit dem zweiten Abschnitt, verbunden und am anderen Ende verschlossen ist, und eine Abgasaustrittsöffnungseinrichtung (8; I8a, 18b), die am Auspuffrohr im dritten Abschnitt ausgebildet ist und Abstand vom verschlossenen Ende des Auspuffrohres hat.
2. Auspuffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des dritten Abschnitts (6c, i6c) von einem vierten Abschnitt .(6d, i6d) verschlossen ist, dessen QueTschnittsflache zum geschlossenen Ende abnimmt.
3. Auspuffanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasaustrittsöffnungseinrichtung mehrere Abgasaustrittsöffnungen (i8a, 18b) umfaßt, die in Axialrichtung Abstand haben und über eine Leitung (19) miteinander verbunden sind, die weitere Öffnungen bzw. Löcher (20) aufweist.
4. Auspuffanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (19) im Bereich der Öffnungen bzw. Löcher (20.)

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von einem Gehäuse (21) umgeben ist, das eine weitere Abgasaustrittsöffnungseinrichtung (22) aufweist. *

Auspuffanlage nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (1°-) eine solche Länge hat, daß Schwingungen von den Abgasaustrittsöffnungen (T8a, 18b) im Bereich der Öffnungen bzw. Löcher (20) miteinander zur Interferenz kommen, so daß sie darin gedämpft werden.

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