DE19654763A1 - Schalldämpfer für einen Zweitaktmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für einen kleinen luftgekühlten Zweitaktmotor, bevorzugt zur Verwendung in ei­ ner kleinen handgeführten Arbeitsmaschine, etwa einer Hecken­ schere oder einer Kettensäge. Insbesondere betrifft die Er­ findung einen Schalldämpfer, in dem ein Oxidations-Katalysa­ torelement enthalten ist, um Abgasbestimmungen zu erfüllen.

Mit zunehmendem Umweltbewußtsein sollen auch von einem klei­ nen luftgekühlten Zweitakt-Benzinmotor, zur Verwendung in einer handgeführten Arbeitsmaschine, wie etwa einer Hecken­ schere oder einer Kettensäge, abgegebene Abgase entgiftet werden, indem im Abgas enthaltenes HC, CO und NOx reduziert wird. Beispielsweise wird es nach der Kalifornischen Abgas­ bestimmung "CARB 1999" erforderlich sein, CO, Gesamt-HC (THC) und NOx-Bestandteile von Abgasen zu reduzieren, und zwar nicht höher als 130 g/bhp-h, 50 g/bhp-h bzw. 4 g/bhp-h, und zwar ab dem Jahr 1999.

Um diese Abgasbestimmungen zu erfüllen, gab es verschiedene Vorschläge, um beispielsweise die Form eines Einlaßkanals, eines Auslaßkanals oder eines Spülkanals einer Brennkammer oder einen Zylinder eines Verbrennungsmotors zu verbessern, und ein Abgasreinigungsmittel, wie etwa ein Oxidations-Kata­ lysatorelement in ein Abgassystem einzubauen. Jedoch zeigte keiner der Vorschläge zufriedenstellende Ergebnisse.

Als Maßnahmen zur Anpassung an die Abgasbestimmungen haben die vorliegenden Erfinder bereits Schalldämpfer vorgeschla­ gen, die jeweils außen an einem Körper eines Verbrennungs­ motors anzubringen sind, um einen Abgasstrom von einem Aus­ laßkanal das Verbrennungsmotors direkt in den Schalldämpfer einzuführen, und wobei in dem Schalldämpfer in bestimmter Weise ein Oxidations-Katalysatorelement enthalten ist, um das Abgas zu reinigen. Insbesondere wurde ein Schalldämpfer mit einer darin angeordneten Oxidations-Katalysatoranordnung vor­ geschlagen, hergestellt durch Aufsetzen eines oxidationskata­ lytischen Elements in Form eines katalytischen Gewebes über ein Funkensperr-Drahtgitter, und vollständiges oder überwie­ gend teilweises Abdecken des Umfangsrands des oxidationskata­ lytischen Elements mit Seitenwänden am Umfang des Drahtgit­ ters zur Bildung eines im wesentlichen U- oder zugespitzt V-förmigen Oxidations-Katalysatorelements (Beispiel 1 der japa­ nischen Patentanmeldung Nr. 272959/1995). Ein anderer Schall­ dämpfer hat ein Oxidations-Katalysatorelement, das ein gas­ durchlässiges poröses metallisches Element aufweist, das an einen Abgaseingangskanal des Schalldämpfers angeordnet ist (Beispiel 2 der japanischen Patentanmeldung Nr. 343092/1995).

Bei diesen herkömmlichen Beispielen 1 und 2 trägt jedoch die Struktur des Schalldämpfers selbst sowie das Material, die Form und die Anordnung des Oxidations-Katalysatorelements und dgl. nicht notwendigerweise zum Erreichen der gewünschten Abgasreinigungsleistung bei. Ferner werden keine besonderen Maßnahmen getroffen, um die Montageeigenschaften des Schall­ dämpfers an dem Verbrennungsmotor zu verbessern, sowie den Zusammenbau, die Konstruktionsfreiheit und dgl. Ferner werden die Schwierigkeiten des Temperaturanstiegs aufgrund der Re­ aktion (Verbrennungsoxidation) des Abgases unter der kataly­ tischen Wirkung des Oxidations-Katalysatorelements nicht be­ rücksichtigt.

Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat ferner folgenden Schalldämpfer entwickelt (japanische Patentanmeldung Nr. 84260/1996). Der Schalldämpfer hat eine Expansionskammer, in welche ein Abgasstrom aus einem Auslaßkanal eines Verbren­ nungsmotors eingeführt wird, eine Trennplatte, durch die die Expansionskammer vertikal in erste und zweite Expansionskam­ mern unterteilt wird, sowie ein Oxidations-Katalysatorele­ ment, das aus gasdurchlässigem, porösem, metallischem Materi­ al hergestellt ist, das an der Trennplatte vorgesehen ist, um das Abgas aus der ersten Expansionskammer durch das Oxida­ tions-Katalysatorelement in die zweite Kammer zu leiten.

Bei diesem Schalldämpfer bestätigte sich insbesondere, daß der THC-Gehalt des Abgases im Vergleich mit den herkömmlichen Beispielen 1 und 2 signifikant reduziert ist. Jedoch erhielt man kein zufriedenstellendes Ergebnis bei der Reduktion des CO-Gehalts.

Dies läßt sich der folgenden Tatsache zuordnen.

Zur Reduktion des CO-Gehalts von Abgas muß man CO mit O₂ rea­ gieren lassen, um CO₂ zu bilden (CO + 1/2O₂ → CO₂). Da jedoch das Abgas, das sich aus der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Ge­ mischs im Zylinder des Verbrennungsmotors ergibt, in den ersten und zweiten Expansionskammern unter der oxidations­ fördernden Wirkung (verbrennungsfördernden Wirkung) des Oxi­ dations-Katalysatorelements weiterer Oxidation (Verbrennung) unterliegt, enthält das Abgas in der zweiten Expansionskammer nicht mehr genügend O₂. Demzufolge kann die Reaktion von CO + 1/2O₂ → CO₂ nicht genügend fortschreiten, so daß die Reduk­ tion des CO-Gehalts ungenügend ist.

Ziel der Erfindung ist es daher, einen Schalldämpfer für ei­ nen Zweitaktmotor anzugeben, der durch eine relativ einfache Struktur wirkungsvoll den CO-Gehalt des Abgases reduzieren kann.

Um dieses Ziel zu erreichen, umfaßt der erfindungsgemäße Schalldämpfer für einen Zweitaktmotor eine Expansionskammer mit einem Abgaseinführkanal zum Einführen eines Abgasstroms aus einem Auslaßkanal des Verbrennungsmotors in die Brenn­ kammer, wobei der Schalldämpfer in der Nähe des Abgaseinführ­ kanals in der Expansionskammer mit einem externen Lufteinlaß­ mittel vorgesehen ist, um durch eingeführten Auslaßluftstrom unter Saugwirkung Außenluft in die Expansionskammer einzufüh­ ren.

Eine bevorzugte Ausführung des externen Lufteinlaßmittels umfaßt ein Venturirohr mit einer Engstelle sowie ein Außen­ lufteinführrohr, wobei das Venturirohr derart angeordnet ist, daß Abgas durch dieses hindurchblasen kann, wobei das Außen­ lufteinführrohr eine Verbindung zwischen der Engstelle des Venturirohrs und der Außenseite der Expansionskammer bildet. Bevorzugt ist das Außenlufteinführrohr mit seinem Oberende außerhalb der Expansionskammer angeordnet und mit seinem Un­ terende im Verlauf des Abgasstroms aus dem Auslaßkanal, um an dessen Unterende durch den Abgasstrom einen Unterdruck zu erzeugen, wobei das Außenlufteinführrohr durch den Unterdruck unter Saugwirkung Außenluft in die Expansionskammer einführt.

In dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer wird Außenluft unter Saugwirkung in die Expansionskammer durch das Außenluftein­ laßmittel unter Verwendung des Abgasstroms eingeführt. Die Einführung der Außenluft in die Expansionskammer erhöht die O₂-Menge in der Expansionskammer, um hierdurch die Oxidation von CO₂ zu fördern. Infolgedessen ist der CO-Gehalt des nach außen abgegebenen Abgases merklich geringer.

Als Mittel zum Zuführen von Außenluft in die Expansionskammer läßt sich eine äußere Vorrichtung, wie etwa eine Luftpumpe, verwenden. Jedoch ist eine solche Vorrichtung für einen klei­ nen luftgekühlten Zweitakt-Benzinmotor in einer handgeführten Arbeitsmaschine im Hinblick auf Gewicht, Kosten, Bedienbar­ keit und dgl. nicht empfehlenswert. Im Gegensatz hierzu hat das erfindungsgemäße Außenlufteinlaßmittel eine einfache Struktur und ist wirtschaftlich vorteilhaft.

In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Schall­ dämpfers ist ein Abgaskühlmittel in der Nähe eines Abgasaus­ laßkanals zur Ausgabe des Abgases aus der Expansionskammer nach außen vorgesehen, wobei das Abgaskühlmittel durch den auszugebenden Abgasstrom Außenluft in das Abgas einmischt.

In einer weiter bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist die Expansionskammer durch eine Trennplat­ te vertikal in eine erste Expansionskammer und eine zweite Expansionskammer unterteilt. Ein Oxidations-Katalysatorele­ ment kann dem Außenlufteinlaßmittel nachgeschaltet sein und ist hier an der Trennplatte derart angebracht, daß Abgas aus dem Auslaßkanal von der ersten Expansionskammer durch den Abgasreiniger in die zweite Expansionskammer geleitet wird. Die erste Expansionskammer ist mit dem Außenlufteinlaßmittel versehen.

In einer weiter bevorzugten Ausführung umfaßt das Oxidations-Kataly­ satorelement einen gasdurchlässigen Schaum.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine Ausführung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers in Kombination mit einem Zweitaktmotor, an dem der Schalldämpfer an­ gebracht ist;

Fig. 2 ist eine Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Schall­ dämpfers;

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang Linie III-III in Blickrich­ tung der Pfeile in Fig. 1;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang Linie IV-IV in Blickrichtung der Pfeile in Fig. 1;

Fig. 5 ist ein Vertikalschnitt einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers in Kombination mit einem Zweitaktmotor, an dem der Schalldämpfer angebracht ist;

Fig. 6 ist eine Draufsicht des Schalldämpfers von Fig. 5;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang Linie VII-VII in Blickrichtung der Pfeile in Fig. 5;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang Linie VIII-VIII in Blickrichtung der Pfeile in Fig. 5;

Fig. 9 ist ein vergrößerter Schnitt einer Ausführung des Abgaskühlmittels in dem Schalldämpfer von Fig. 1;

Fig. 10 ist ein vergrößerter Schnitt einer anderen Ausfüh­ rung des Abgaskühlmittels in dem Schalldämpfer in Fig. 5;

Fig. 11 zeigt graphisch die Ergebnisse von Vergleichsexpe­ rimenten für den THC-Gehalt zwischen dem in Fig. 1 gezeigten Schalldämpfer und herkömmlichen Schall­ dämpfern;

Fig. 12 zeigt graphisch Versuchsergebnisse zum CO-Gehalt zwischen dem in Fig. 1 gezeigten Schalldämpfer und herkömmlichen Schalldämpfern;

Fig. 13 zeigt eine andere Ausführung des Außenlufteinlaß­ mittels in dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer;

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführung des Außenlufteinlaß­ mittels in dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer;

Fig. 15 zeigt eine noch weitere Ausführung des Außenluft­ einlaßmittels in dem erfindungsgemäßen Schalldämp­ fer.

Im folgenden werden Ausführungen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers in Kombination mit einem Zweitaktmotor. In der dargestellten Ausführung ist der Verbrennungsmotor 1 ein kleiner luftgekühlter Zweitakt-Benzinmotor mit Schnürle-Spü­ lung (nachfolgend einfach als Verbrennungsmotor bezeichnet), der als Antriebsquelle in einer handgeführten Arbeitsmaschi­ ne, wie etwa einer Heckenschere oder einer Kettensäge, ent­ halten ist und dessen Hubraum beispielsweise etwa 23 cm³ be­ trägt. Der Verbrennungsmotor 1 umfaßt einen Zylinder 2 mit einer halbkugelförmigen Brennkammer 5, die mit einer Zündker­ ze 15 ausgestattet ist, ein Kurbelgehäuse 3, das sich an den Boden des Zylinders 2 anschließt, sowie einen Kolben 4, der in den Zylinder 2 eingesetzt ist. Der Verbrennungsmotor 1 umfaßt einen Einlaßkanal 7, der mit einem Luft-Kraftstoff- Gemisch-Zufuhrweg 8 eines Vergasers verbunden ist, und einen Auslaßkanal 10, der mit einem nachfolgend zu beschreibenden Schalldämpfer 20 verbunden ist (links bzw. rechts in Fig. 1), und umfaßt ferner ein Paar von Spülkanälen (nicht gezeigt) an dessen Vorder- bzw. Rückseite. Diese Kanäle sind an dem Ver­ brennungsmotor 1 wie folgt vorgesehen.

In einem üblichen Verbrennungsmotor wird die vertikale Hin- und Herbewegung des Kolbens 4 über eine Pleuelstange 11 in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 12 gewandelt, an der ein Ausgleichsgewicht 14 angebracht ist, und die Ausgangskraft der Kurbelwelle wird als Antriebskraft der handgeführten Ar­ beitsmaschine verwendet.

Der Schalldämpfer 20 dieser Ausführung ist am Mund des Aus­ laßkanals 10 des Zylinders 2 des Verbrennungsmotors 1 über eine Wärmeisolierplatte 22 angebracht. Der Schalldämpfer 20 hat eine Expansionskammer, die hier durch eine in vertikaler Richtung (parallel zur Längsrichtung des Verbrennungsmotors 1) sich erstreckende Trennplatte 40 in eine erste Kammer 31 und eine zweite Kammer 32 unterteilt ist. Als Trennplatte 40 dient eine rostfreie Stahlplatte (SUS-Platte) mit einer ther­ mischen Leitfähigkeit, die so gering ist wie etwa ein Drittel jener einer üblichen Kohlenstoffstahlplatte.

Die erste Expansionskammer 31 ist durch einen doppelwandigen Abschnitt begrenzt, die eine rechteckige rohrartige Innen­ wandplatte 41 mit gemäß Fig. 1 rechten und linken Öffnungen sowie eine kastenartige Außenwandplatte 36 mit einer gemäß Fig. 1 rechten Öffnung aufweist, und ist durch eine Trenn­ platte 40 begrenzt, wodurch man eine rechtwinklige parallel­ epipedförmige Gestalt erhält (s. auch Fig. 3). Die Außenwand­ platte 36 ist mit einer Verstärkungsplatte 24 an einer Stelle verkleidet, die jener des Munds des Auslaßkanals 10 ent­ spricht und die mit einem Abgaseinlaßdurchgang 27 versehen ist, um einen Abgasstrom von dem Auslaßkanal 10 in den Schalldämpfer 20 einzuführen (s. Fig. 1 und 3).

Die Innenwandplatte 41 und die Außenwandplatte 36 sind derart miteinander kombiniert, daß Biegungsabschnitte 41a der Innen­ wandplatte 41, von denen einer den Verbrennungsmotor 1 be­ nachbart ist und der andere diesem gegenüberliegt, und gegen­ überliegende Abschnitte der Außenwandplatte 36 beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind, und daß deren verbleibende Abschnitte mit einem geeigneten Abstand vonein­ ander gehalten sind, der einen Luftspalt Sa bildet. Die Au­ ßenwandplatte 36 umfaßt eine Platte 36A, die dem Ver­ brennungsmotor 1 benachbart ist, und eine distale Platte 36B, deren Biegeränder aneinanderliegend miteinander verbunden sind.

Die zweite Expansionskammer 32 ist durch einen doppelwandigen Abschnitt begrenzt, der eine kastenartige Innenwandplatte 42 umfaßt, die eine linke Öffnung aufweist, sowie durch eine kastenartige Außenwandplatte 37, die gemäß Fig. 1 eine linke Öffnung aufweist, und ist durch die Trennplatte 40 begrenzt, so daß sie eine rechtwinklige parallelepipedische Form er­ hält. Die Innenwandplatte 42 und die Außenwandplatte 37 sind miteinander derart kombiniert, daß ein Biegeabschnitt 42a der Innenwandplatte 42, der dem Verbrennungsmotor 1 benachbart ist, und ein gegenüberliegender Abschnitt der Außenwandplatte 37 beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind, und daß deren verbleibende Abschnitte mit einem geeigneten Abstand voneinander gehalten sind, der einen Luftspalt Sb bildet.

Die Trennplatte 40 ist am Umfang zwischen Rändern 36a, 37a der Außenwandplatten 36, 37 gehalten, welche die Außenwände der ersten bzw. zweiten Expansionskammern 31, 32 darstellen, und ist durch eine vorbestimmte Anzahl von Bolzen-Muttern 45 luftdicht festgeklemmt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Oberseiten der Außenwandplat­ ten 36 (36B), 37 entlang der Trennplatte 40 mit einer erfor­ derlichen Anzahl (in diesem Fall jeweils vier) nebeneinander verlaufender, langgestreckter oder bahnförmiger Öffnungen 38, 39 versehen.

In einem unteren Abschnitt der Trennplatte 40 durchsetzt ein Oxidations-Katalysatorelement 50 als Abgasreiniger die Trenn­ platte 40, so daß es sowohl in die erste Expansionskammer 31 als auch in die zweite Expansionskammer 32 vorsteht und einen gasdurchlässigen Schaum mit rechteckig parallelepipedischer Form aufweist. Insbesondere ist in einem unteren Abschnitt der Trennplatte 40 eine rechtwinklige Katalysatorelement-Mon­ tageöffnung 40a ausgebildet. Eine Schale 52 aus rostfreiem Stahl (SUS) in Form eines rechteckigen Rohrs ist durch die Katalysatorelement-Montageöffnung 40a eingesetzt, und die Schale 52 ist durch ein L-förmiges Befestigungselement 54 aus Metall an der Trennplatte 40 befestigt. Das Oxidations-Kata­ lysatorelement 50 ist an der Schale 52 befestigt. Gemäß Fig. 1 sind am linken Ende der Unterseite und an der Mitte des rechten Endes der Oberseite der Schale 52 Klemmen oder Biege­ laschen 52a, 52b vorgesehen, die aus der gestrichelt gezeig­ ten Stellung in die mit durchgehenden Linien gezeigte Stel­ lung gebogen sind, um hierdurch das Oxidations-Katalysator­ element 50 zu halten.

Auf diese Weise wird das Oxidations-Katalysatorelement 50 durch die Schale 52 in der Trennplatte 40 gehalten. Hierdurch wird die Form des Oxidations-Katalysatorelements einfacher und ermöglicht problemlos Größenänderungen, Positionsänderun­ gen, Austausch und eine erhöhte Anzahl von Oxidations-Kataly­ satorelementen. Die Schale 52 kann mit einer geeigneten An­ zahl kleiner Öffnungen oder Perforationen versehen sein. Dies ergibt eine Änderung der katalytischen Kontaktfläche zwischen dem Abgas und dem Oxidations-Katalysatorelement 50. Demzufol­ ge läßt sich der Ablauf der katalytischen Reaktion steuern.

In der Trennplatte 40 und über dem Oxidations-Katalysator­ element 50 ist ein Paar von Hohlräumen 40b, 40b vorgesehen, welche im wesentlichen auf gleicher Höhe mit dem Auslaßkanal 10 und dem Abgaseinführdurchgang 27 in die erste Expansions­ kammer 31 vorstehen. In den Hohlräumen 40b, 40b sitzen Köpfe von Bolzen 56 zum Montieren des Schalldämpfers 20 an dem Zy­ linder 2 des Verbrennungsmotors 1 (siehe auch Fig. 4).

Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, sind an der ersten Expan­ sionskammer 31 Klemmbuchsen 55, 55 fest angebracht, welche brückenartig die Verstärkungsplatte 24 mit den Hohlräumen 40b, 40b auf im wesentlichen der gleichen Höhe des Auslaß­ kanals 10 und des Abgaseinführdurchgangs 27 verbinden. Weite­ re Bolzeneinführbuchsen 57, 57 sind in der zweiten Expan­ sionskammer 32 koaxial zu den Klemmbuchsen 55, 55 fest an­ gebracht.

Wenn der Schalldämpfer 20 außen an dem Zylinder 2 montiert wird, werden die Bolzen 56, 56 gemäß Fig. 1 von der rechten Seite des Schalldämpfers 20 durch die Bolzeneinführbuchsen 57, 57 in die Klemmbuchsen 55, 55 eingeführt und dann ge­ dreht, um Außengewinde-Führungsendabschnitte der Bolzen 56, 56 in Innengewinde (nicht gezeigt) in der Wand des Zylinders 2 einzuschrauben und hierdurch den Schalldämpfer 20 über die Trennplatte 40 und die Klemmbuchsen 55, 55 dicht an dem Zy­ linder 2 festzuklemmen.

Wenn der Schalldämpfer 20 an dem Verbrennungsmotor 1 montiert wird, könnte man Bolzen mit einer solchen Länge verwenden, daß sie die zweite Expansionskammer 32 und die erste Expan­ sionskammer 31 durchqueren, so daß sie gemäß Fig. 1 von der rechten Seite des Schalldämpfers 20 in den Zylinder 2 einge­ schraubt werden. Jedoch könnte bei solchen Bolzen die Stabi­ lität und die Montagesicherheit unsicher sein, weil die Bol­ zen außerordentlich lang sind. Im Gegensatz hierzu werden in der vorliegenden Ausführung die Bolzen über die Trennplatte 40 eingeschraubt, so daß die Bolzen eine geringere Länge ha­ ben und die Festigkeit des Schalldämpfers 20 erhöhen. Die in der Trennplatte 40 vorgesehenen Hohlräume 40b, 40b tragen auch dazu bei, daß die Bolzen 56, 56 eine weiter reduzierte Länge haben. Demzufolge kann der Schalldämpfer 20 stabil und sicher an dem Verbrennungsmotor 1 montiert werden.

Ferner wirken die Hohlräume 40b, 40b als Verstärkungsrippen der Trennplatte 40, um die Strukturfestigkeit der Trennplatte 40 zu erhöhen, und sie dienen zum Dämpfen von Schwingungen, die durch Abgasimpulse und dgl. verursacht sind.

In der Nähe der gemäß Fig. 1 oberen rechten Ecke der zweiten Expansionskammer 32 ist ein Endrohr 60, das einen Abgasaus­ laßkanal zum Abgeben von Abgas nach außen bildet, an einem Träger 59 orthogonal zu den Bolzeneinführbuchsen 57 be­ festigt. Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, ist das Endrohr 60 derart angeordnet, daß sein eines Ende 60a in der Nähe der gemäß Fig. 2 oberen rechten Ecke und somit an einer angenä­ hert weitesten Stelle von dem Oxidations-Katalysatorelement 50 angeordnet ist, und dessen anderes Ende 60b als Abgasaus­ laßende ein wenig von der Außenwandplatte 37 vorsteht. Das Endrohr 60 ist in Länge, Bohrungsdurchmesser und dgl. derart gewählt, daß es bezüglich Ausgangsleistung und Geräuschmin­ derung optimale Abmessungen hat.

Der Schalldämpfer 20 dieser Ausführung hat ein relativ großes Volumen im Vergleich mit solchen, die an irgendeinem Verbren­ nungsmotor mit angenähert gleichem Hubraum wie dem des Ver­ brennungsmotors 1 angebracht sind. Insbesondere hat der Schalldämpfer 20 etwa das 1,5- bis 2-fache Volumen jener Schalldämpfer der obigen herkömmlichen Beispiele 1 und 2 (et­ wa das 18-fache des Hubraums).

Zusätzlich zu den oben genannten strukturellen Merkmalen hat der Schalldämpfer dieser Ausführung ein dem Katalysatorele­ ment vorgeschaltetes Außenlufteinlaßmittel, das unmittelbar in der Nähe des Abgaseinführdurchgangs 27 hier der ersten Expansionskammer 31 vorgesehen ist, um durch Saugkraft eines eingeführten Abgasstroms Außenluft einzuführen.

Das Außenlufteinlaßmittel umfaßt ein Venturirohr 25 mit einer Engstelle 25a, das entlang der Abgasströmungsrichtung ange­ ordnet ist, so daß Abgas durch dieses hindurchtreten kann, sowie ein Außenlufteinführrohr 26, das eine Verbindung zwi­ schen der Engstelle 25a und dem Luftspalt Sa herstellt. Das Venturirohr 25 und das Außenlufteinführrohr 26 sind an der Verstärkungsplatte 24 bzw. der Innenwandplatte 41 befestigt, etwa durch Schweißen oder dgl. In dieser Ausführung hat das Venturirohr 25 einen stromaufwärtigen Durchmesser, der ein wenig kleiner als die Weite des Auslaßkanals 10 des Verbren­ nungsmotors ist (im wesentlichen gleich der Weite des Abgas­ einführdurchgangs 27). Wie in Fig. 3 gezeigt, bedeckt das Venturirohr 25 nicht vollständig das Außenende des Auslaß­ kanals 10 und des Abgaseinführdurchgangs 27, und hierdurch sind Spalte Ra, Rb zwischen den Konturen des Venturirohrs 25 und den Kanälen/Durchgängen 10, 27 gebildet, wenn man von einer stromabwärtigen Position blickt. Dies erleichtert die Herstellung des Venturirohrs 25 und hat ferner folgenden Grund. Durch Bildung der Spalte Ra, Rb kann der Abgasstrom teilweise das Venturirohr 25 umgehen. Demzufolge wird der Abgasstrom nicht wesentlich verzögert. Dies ergibt einen glattgängigen Gasaustausch in der Brennkammer 5, was hier­ durch den Leistungsverlust minimiert.

Wie in den Fig. 4 und 9 gezeigt, ist am anderen Ende 60b des Endrohrs 60 ein Abgaskühlmittel mit einem Venturirohr 66 und einem Außenlufteinführrohr 67 vorgesehen, um durch einen ge­ rade aus zugeben Abgasstrom Außenluft in das Abgas einzumi­ schen.

In dem Schalldämpfer 20 dieser Ausführung wird der Abgasstrom aus dem Auslaßkanal 10 des Verbrennungsmotors 1 zuerst in die erste Expansionskammer 31 eingeführt, wobei er nahe Schall­ geschwindigkeit hauptsächlich durch das Venturirohr 25 und teilweise durch die Spalte Ra, Rb hindurchtritt und sich an­ schließend ausdehnt und dort verteilt, wie in Fig. 1 mit strichpunktierten Pfeilen gezeigt, wodurch der Abgaslärm re­ duziert wird.

Das somit in die erste Expansionskammer 31 eingeführte Abgas wird dann zwangsweise in das Oxidations-Katalysatorelement 50 eingeführt, welches die Trennplatte 40 durchsetzt, und zwar von einer freiliegenden Seite des Oxidations-Katalysatorele­ ments 50 her, und wird dann durch Poren in dem Oxidations-Ka­ talysatorelement 50 in die zweite Expansionskammer 32 ein­ geführt, und zwar aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der ersten Expansionskammer 31 und der benachbarten zweiten Ex­ pansionskammer 32, die von jener durch die Trennplatte 40 getrennt ist. Beim Durchtritt durch das Oxidations-Katalysa­ torelement 50 reagiert das Abgas intensiv mit Sauerstoff, der von der ersten Expansionskammer 31 her mitgebracht wird, d. h. es wird durch die katalytische Wirkung des Oxidations-Kataly­ satorelements 50 einer intensiven Verbrennungsoxidation un­ terzogen. Das somit gereinigte Abgas in der zweiten Expan­ sionskammer 32 wird über das Endrohr 60 und das Venturirohr 66, das am anderen Ende 60b des Endrohrs 60 angebracht ist, nach außen abgegeben.

Wenn das Abgas durch das Venturirohr 25 als Bestandteil des Außenlufteinlaßmittels hindurchtritt, wird um das untere Ende des Außenlufteinführrohrs 26, das mit der Engstelle 25a des Venturirohrs 25 verbunden ist, durch den Abgasstrom ein Un­ terdruck erzeugt. Hierdurch wird außerhalb der Außenwandplat­ te 36 befindliche Umgebungsluft durch die in der Außenwand­ platte 36 gebildeten Öffnungen 38 in den Luftspalt Sa gesaugt und von da weiter durch das Außenlufteinführrohr 26 in das Venturirohr 25 gesaugt, wie in Fig. 1 mit Strich-Doppelpunkt-Pfeilen gezeigt. Demzufolge wird zusammen mit dem Abgas Au­ ßenluft in die erste Expansionskammer 31 geleitet.

Wenn, wie oben beschrieben, Außenluft in die erste Expan­ sionskammer 31 gesaugt wird, wird die O₂-Menge in der ersten Expansionskammer 31 erhöht, um die Oxidation von CO zu för­ dern. Demzufolge wird der CO-Gehalt der Abgase stark redu­ ziert.

Um diesen Effekt sowie den Schalldämpfer 20 dieser Ausführung zu demonstrieren, wurden vorbereitet ein Schalldämpfer mit einer Struktur des Schalldämpfers 20, jedoch ohne Außenluft­ einführmittel (Venturirohr 25 und Außenlufteinführrohr 26), d. h. mit einer Struktur, bei der keine Außenluft in die erste Expansionskammer 31 eingesaugt wurde (herkömmliches Beispiel A), sowie ein Schalldämpfer mit einer Struktur, bei der das Oxidations-Katalysatorelement 50 aus dem Schalldämpfer 20 entfernt wurde (herkömmliches Beispiel B). Unter Verwendung dieser Schalldämpfer wurden Vergleichsexperimente unter glei­ chen Bedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den Fig. 11 und 12 gezeigt.

Fig. 11 und 12 zeigen, daß sowohl der CO- als auch der THC-Gehalt des Abgases im Schalldämpfer 20 dieser Ausführung merklich reduziert waren, wenn man dies mit den herkömmlichen Beispielen A und B vergleicht.

Wenn das Abgas aus dem Endrohr 60 nach außen abgegeben wird, wird Außenluft durch das Außenlufteinführrohr 67 in das Ven­ turirohr 66 gesaugt und in das gerade abzugebende Abgas ge­ mischt, und zwar genauso wie bei den Außenlufteinlaßmitteln gemäß Fig. 9, um hierdurch die Temperatur des Abgases wir­ kungsvoll zu reduzieren.

Ferner ist bei dem Schalldämpfer 20 dieser Ausführung die Expansionskammer durch die Trennplatte 40 vertikal in die erste Expansionskammer 31 und die zweite Expansionskammer 32 unterteilt. Demzufolge hat diese Ausführung den Vorteil, daß die Bildung eines Vorsprungs, wie etwa eines Ansatzes, in der sich an dem Verbrennungsmotor 1 abstützenden Seite vermeidbar ist, oder sich die Anzahl von Vorsprüngen in der Seite mini­ mieren läßt, um hierdurch die Montage und den Zusammenbau zu verbessern, im Vergleich mit einem solchen Schalldämpfer, dessen Expansionskammer durch eine Trennplatte horizontal oder in Längsrichtung in Hälften unterteilt ist. Der Schall­ dämpfer dieser Ausführung hat weitere Vorteile darin, daß das Volumen des Schalldämpfers 20, das Volumenverhältnis zwischen der ersten Expansionskammer 31 und der zweiten Expansions­ kammer 32 und dgl. leicht geändert werden können, im Ver­ gleich mit einem solchen Schalldämpfer, dessen Expansions­ kammer durch eine Trennplatte horizontal oder in Längsrich­ tung in Hälften unterteilt ist.

Ferner wird als Abgasreiniger das Oxidations-Katalysatorele­ ment 50 verwendet, welches ein gasdurchlässiges metallisches Schaumelement mit rechtwinkliger parallelepipedischer Form aufweist. Hierdurch wird das Verstopfen und Zusetzen merklich gemindert, was zu reduziertem Gasströmungswiderstand und Lei­ stungsverlust führt.

Ferner sind die Seiten der ersten und zweiten Expansionskam­ mern 31, 32 außer jener Seite, die sich an dem Verbrennungs­ motor 1 abstützt, aus doppelwandigen Abschnitten gebildet, die jeweils die Innenwandplatten 41, 42 und die Außenwand­ platten 36, 37 umfassen, wobei die Innen- und Außenwandplat­ ten mit einem geeigneten Abstand voneinander gehalten werden, so daß sich Luftspalte Sa, Sb ergeben. Demzufolge wird die Temperatur der Außenfläche des Schalldämpfers 20 gesenkt.

Weil ferner die Oberseiten der Außenwandplatten 36 (36B), 37 mit einer erforderlichen Anzahl von Öffnungen 38, 39 nahe der Trennplatte 40 versehen sind, wird die thermische Ausdehnung der Luft in den Luftspalten Sa, Sb aufgrund des Temperatur­ anstiegs reduziert. Ferner wird die Luft mit erhöhter Tempe­ ratur in dem Luftspalt Sa der ersten Expansionskammer 31 in den Schalldämpfer 20 eingesaugt, um die Kühlung zu fördern. Die Luftspalte Sa, Sb können miteinander kommunizieren, so daß Kühlluft um den gesamten Umfangsabschnitt des Schalldämp­ fers 20 zirkuliert, um hierdurch den Schalldämpfer 20 ins­ gesamt zu kühlen.

Ferner befindet sich ein Ende des Endrohrs 60 an im wesentli­ chen der entferntesten Stelle von dem Oxidations-Katalysator­ element 50. Demzufolge wird die Temperatur des Abgases wir­ kungsvoll reduziert, bevor es nach außen abgegeben wird.

Im vorstehenden wurde eine Ausführung der vorliegenden Erfin­ dung im Detail beschrieben. Jedoch sind folgende Varianten möglich.

Als Außenlufteinlaßmittel läßt sich anstelle des oben be­ schriebenen Außenlufteinlaßmittels mit dem Venturirohr 25 und dem Außenlufteinführrohr 26 eine Alternative verwenden. Ins­ besondere läßt sich ein gekrümmtes Außenlufteinführrohr 70 verwenden, dessen Oberende 70a außerhalb der ersten Expan­ sionskammer 31 angeordnet ist und dessen Unterende 70b im Verlauf des Abgasstroms angeordnet ist, wobei dessen Öffnung stromabwärts weist, wie in den Fig. 5 bis 7 zu sehen. Durch Nutzung von Unterdruck, der etwa am Unterende 70 durch den Abgasstrom erzeugt wird, wird Außenluft in die erste Expan­ sionskammer 31 gesaugt. In der alternativen Ausführung des Außenlufteinlaßmittels erhält man im wesentlichen den glei­ chen Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführung.

Ferner läßt sich als Abgaskühlmittel anstelle des oben be­ schriebenen Abgaskühlmittels mit dem Venturirohr 66 und dem Außenlufteinführrohr 67 alternativ etwa ein Venturirohr 65 verwenden, das an einem Befestigungselement 68 mit geringem Abstand vom anderen Ende 60b des Endrohrs 60 befestigt ist.

Durch den Spalt zwischen dem anderen Ende 60b des Endrohrs 60 und dem Venturirohr 65 wird Außenluft eingeführt, wie in den Fig. 8 und 10 gezeigt.

Ferner kann der Abgasreiniger 50 eine metallische oder kera­ mische Matrix oder dgl. aufweisen. Der Abgasreiniger 50 kann in verschiedener Weise, beispielsweise durch Verklebung, an der Trennplatte 40 angebracht sein.

Bei den oben beschriebenen zwei Ausführungen der Außenluft­ einlaßmittel ist das Oberende des mit dem Venturirohr 25 ver­ bundenen Außenlufteinführrohrs 26 bzw. des gekrümmten Außen­ lufteinführrohrs 70 in dem Luftspalt Sa angeordnet, der zwi­ schen der Außenwandplatte 36 und der Innenwandplatte 41 vor­ gesehen ist, und es wird Außenluft aus den in der Außenwand­ platte 36 vorgesehenen Öffnungen 38 über den Luftspalt Sa in die erste Expansionskammer 31 gesaugt. Demzufolge wird auch Luft in dem Luftspalt Sa in die erste Expansionskammer 31 eingeführt und durch die eingeführte Außenluft ersetzt. In­ folgedessen wird die Kühlung der ersten Expansionskammer 31 verbessert.

Die Luftspalte Sa, Sb sind in der obigen Ausführung vonein­ ander getrennt ausgebildet. Jedoch können die Luftspalte mit­ einander kommunizieren, um eine Anordnung von Luftspalten oder einen einzigen Luftspalt zu bilden. Mit einer solchen Anordnung von Luftspalten oder einem einzigen Luftspalt ist das Oberende des Außenlufteinführrohrs 26 oder des gekrümmten Außenlufteinführrohrs 70 in der Anordnung von Luftspalten oder in dem einzigen Luftspalt angeordnet, und an geeigneten Stellen in den Außenwandplatten 36, 37 befindet sich eine geeignete Anzahl von Öffnungen. Hierbei wird Außenluft durch die Anordnung von Luftspalten oder dem einzelnen Luftspalt eingeführt, um die darin befindliche Luft zu verdrängen. Dem­ zufolge wird sowohl die zweite Expansionskammer 32 als auch die erste Expansionskammer 31, d. h. der gesamte Schalldämpfer 20, wirkungsvoll gekühlt.

Wie in den Fig. 1 und 5 gestrichelt gezeigt, kann das Au­ ßenlufteinführrohr 26 oder das gekrümmte Außenlufteinführrohr 70 durch die Außenwandplatte 36 nach oben verlängert sein, um direkt Außenluft einzuführen, ohne Durchtritt durch den Luft­ spalt Sa. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß Außenluft eingeführt wird, die noch nicht der Wärme des Schalldämpfers ausgesetzt war und somit eine geringere Temperatur hat. In dieser Ausführung könnten jedoch Fremdstoffe, Staub oder dgl., durch das Außenlufteinführrohr 26 oder das Außenluft­ einführrohr 70 in den Schalldämpfer 20 eintreten. Demzufolge müssen Vorsorgemaßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann die Öffnung des Oberendes des Außenlufteinführrohrs 26 oder des gekrümmten Außenlufteinführrohrs 70 mit einem Filter abgedeckt sein oder deren oberer Endabschnitt kann gebogen sein.

Das Außenlufteinführmittel ist nicht auf die oben beschriebe­ nen zwei Ausführungen beschränkt. Andere Ausführungen der Außenlufteinlaßmittel sind in den Fig. 13, 14 und 15 als Beispiele gezeigt.

Das in Fig. 13 gezeigte Außenlufteinlaßmittel umfaßt ein Au­ ßenlufteinführrohr 72 und ein konisches Hohlelement 73. Das Außenlufteinführrohr 72 ist mit seinem Oberende 72a außerhalb der Außenwandplatte 36 oder in dem Luftspalt Sa angeordnet, und das Unterende 72b ist an einer Stelle nahe dem Scheitel des konischen Hohlelements 73 mit diesem verbunden. Durch einen Abgasstrom aus dem Auslaßkanal 10 wird in dem konischen Hohlelement 73 ein Unterdruck erzeugt. Durch den Unterdruck wird Außenluft eingesaugt. Bei dieser Ausführung ist die Wir­ kung der Außenlufteinführung weiter verbessert, im Vergleich mit dem Außenlufteinlaßmittel, das nur aus dem gekrümmten Außenlufteinführrohr 70 besteht, wie in Fig. 5 gezeigt.

Das in Fig. 14 gezeigte Außenlufteinführmittel umfaßt ein Außenlufteinführrohr 76 und ein zylindrisches Element 75, das mit einer Öffnung 75a versehen ist. Das Außenlufteinführrohr 76 ist mit seinem Oberende 76a außerhalb der Außenwandplatte 36 oder in dem Luftspalt Sa angeordnet, und das Unterende 76b ist in der Nähe der Öffnung 75a angeordnet. Mittels der Öff­ nung 75a wird der Abgasstrom verengt, so daß die Geschwindig­ keit des Abgasstroms zunimmt. Demzufolge wird um die Öffnung 75a herum ein Unterdruck erzeugt. Durch den Unterdruck wird Außenluft eingesogen. Auch hierbei erhält man den gleichen Effekt wie beim Außenlufteinführmittel unter Verwendung des Venturirohrs 25 gemäß Fig. 1.

Das in Fig. 15 gezeigte Außenlufteinlaßmittel umfaßt ein Au­ ßenluft-Einführkanalsloch 96, das in einer Seitenwand der Innenwandplatte 41 gebildet ist, ein Flügelrad 90, das an der Seitenwand und konzentrisch zu dem Außenluft-Einführkanals­ loch 96 drehbar angebracht ist, sowie ein Führungselement 91 zum Führen eines Teils des Abgases zu den Flügeln 92 des Flü­ gelrads 90. Das Flügelrad 90 dreht sich durch den Abgasstrom und erzeugt durch Drehbewegung des Flügelrads 90 einen Unter­ druck um die Mitte des Flügelrads 90. Durch den Unterdruck wird Außenluft eingesaugt.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer für einen Zweitaktmotor der CO-Gehalt von Abgasen mit einer relativ einfachen Struktur wirkungsvoll reduzieren läßt.

Ein Schalldämpfer 20 für einen Zweitaktverbrennungsmotor 1 umfaßt eine Expansionskammer 31, 32, in die ein Abgasstrom aus dem Motor 1 eingeführt wird. In der Nähe eines Abgasein­ lasses 10 von dem Motor 1 in die Expansionskammer 31, 32 hat der Schalldämpfer 20 einen Außenlufteinlaß 26, um durch den Abgasstrom Außenluft in die Expansionskammer 31, 32 einzusau­ gen. Mit der eingeführten Außenluft wird die Kohlenmon­ oxid(CO)-Emission in die Umgebung reduziert.

Claims (8)

1. Schalldämpfer (20) für einen Zweitaktverbrennungsmotor (1), umfassend:
eine Expansionskammer (31, 32) mit einem Abgasein­ laß (27) zum Einführen eines Abgasstroms aus einem Abgasauslaß (10) des Motors (1) in die Expansionskammer (31, 32); und
ein Außenlufteinlaßmittel (25, 26; 70; 72, 73; 75, 76; 90, 91, 96) in der Nähe des Abgaseinlasses (27) zum Einsaugen von Außenluft in die Expansionskammer (31, 32) durch den eingeführten Abgasstrom.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenlufteinführmittel (25, 26) ein Venturirohr (25) mit einer Engstelle (25a) sowie ein Außenluftein­ führrohr (26) aufweist, wobei das Venturirohr (25) so angeordnet ist, daß Abgas durch dieses hindurchgeblasen wird, und wobei das Außenlufteinführrohr (26) eine Ver­ bindung zwischen der Engstelle (25a) des Venturirohrs (25) und der Außenseite (Sa) der Expansionskammer (31, 32) bildet.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenlufteinführmittel ein Außenlufteinführrohr (70) aufweist, dessen erstes Ende (70a) sich außerhalb der Expansionskammer (31, 32) befindet und dessen zwei­ tes Ende (70b) im Verlauf des Abgasstromes angeordnet ist, um am zweiten Ende (70b) durch den Abgasstrom einen Unterdruck zu erzeugen, wobei das Außenlufteinführrohr (70) angeordnet ist, um durch Unterdruck Außenluft in die Expansionskammer (31, 32) zu saugen.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner gekenn­ zeichnet durch ein Abgaskühlmittel (65; 66, 67) in der Nähe eines Abgasauslasses (60) zum Abgeben des Abgases aus der Expansionskammer (32) nach außen, wobei das Abgaskühlmittel (65; 66, 67) ausgebildet und angeordnet ist, um durch den auszugebenden Abgasstrom Außenluft in das Abgas zu mischen.

5. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet
durch eine Trennplatte (40), wel­ che die Expansionskammer (31, 32) in eine erste Expan­ sionsteilkammer (31) und eine zweite Expansionsteilkam­ mer (32) unterteilt, und
durch einen Abgasreiniger (50), der in einem Durch­ gang (40a) durch die Trennplatte (40) angebracht ist, um Abgas aus dem Auslaß (10) über die erste Expansionsteil­ kammer (31) durch den Abgasreiniger (50) in die zweite Expansionsteilkammer (32) einzuführen.

6. Schalldämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasreiniger (50) ein Oxidations-Katalysator­ element (50) umfaßt.

7. Schalldämpfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abgasreiniger (50) einen gasdurchläs­ sigen Schaum umfaßt.

8. Schalldämpfer nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest eine der Expansionsteilkammern (31, 32) eine Doppelwandstruktur mit einer Innenwand­ platte (41, 42) und einer Außenwandplatte (37, 38) auf­ weist, wobei die Außenwandplatte (37, 38) mit Abstand von der Innenwandplatte (41, 42) angeordnet ist.