DE19947728A1

DE19947728A1 - Two-stroke engine exhaust system uses smaller and larger volume resonance chambers in tandem with narrow flow section between.

Info

Publication number: DE19947728A1
Application number: DE19947728A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Knoll; Horst Klasnic
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: AT3206U1; DE19947728B4

Abstract

First and second resonance chambers (12,15) in tandem in the exhaust pipe (11) are linked via a narrow section (18), and the first chamber (12) comprizes inlet diffuser (13) and terminates in a reverse cone (14) leading into the narrow section (18). The first chamber is smaller than the second chamber (15) in that the volume of chamber (12) is between 1/5 and 1/2 that of the second chamber (15). The flow section of the exhaust pipe (11) in the narrow section (18) is between 1/2 and 1/10 of the initial section of the pipe. Several first and/or second chambers can be arranged in sequence in the flow sense as required.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auspuffanlage für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Um kehrspülung, mit mindestens einem Zylinder, von welchen über mindestens einen Auslaß schlitz ein zu einem Abgasrohr führender Auslaßkanal ausgeht, wobei der Anfangsbereich des Abgasrohres mit mindestens einer einen einlaßseitigen Diffusor aufweisenden Resonanz kammer strömungsverbunden ist, an welche ein Abgas-Endrohr anschließt.The invention relates to an exhaust system for a two-stroke internal combustion engine with order sweeping flush, with at least one cylinder, of which via at least one outlet slot goes out to an exhaust pipe leading exhaust duct, the beginning of the Exhaust pipe with at least one resonance having an inlet-side diffuser Chamber is fluidly connected to which an exhaust tailpipe connects.

Bei einer Auspuffanlage der eingangs genannten Art wird ein Abgasrohr mit anfänglich kon stantem Querschnittsverlauf vom Auspuffschlitz über einen Auslaßkanal weggeführt. Zur Erzeugung einer rücklaufenden Saugwelle schließt daran ein Diffusor an, der, nach einem kurzen Übergangsstück, in einen Gegenkonus oder eine Blende mündet. In dieser Quer schnittsverengung wird eine zum Zylinder laufende Druckwelle erzeugt, welche den Zylinder raum mit Frischluft versorgt, die während der Spülphase vom Einlaßschlitz durch den Zylin derraum in den Auspuff gelangt ist. Bei solchen Motoren mit hohen Nennleistungen ist die Fahrbarkeit meist auf ein sehr enges Drehzahlband beschränkt - die Motoren verlieren im un teren Drehzahlbereich sehr an Leistung. Der Grund dafür liegt in den gasdynamischen Vor gängen in der Auspuffanlage, welche in der Spülphase den Ladungswechsel, und damit die Motorleistung stark beeinflussen.In an exhaust system of the type mentioned, an exhaust pipe is initially con constant cross-sectional shape led away from the exhaust slot via an exhaust duct. For Generation of a returning suction wave connects to a diffuser, which, according to a short transition piece, opens into a counter cone or a diaphragm. In this cross cut narrowing creates a pressure wave running to the cylinder, which the cylinder room supplied with fresh air from the inlet slot through the cylinder during the flushing phase the room got into the exhaust. In the case of such motors with high nominal powers, Driveability mostly limited to a very narrow speed range - the engines lose in the un lower speed range very in performance. The reason for this lies in the gas dynamics gears in the exhaust system, which in the rinsing phase the charge change, and thus the Strongly affect engine performance.

Nach Öffnen des Auslaßschlitzes läuft eine starke Druckwelle in den Auspuff. Beim Durch laufen des Diffusors wird eine rücklaufende Welle erzeugt, welche zu dem noch offenen Auslaßschlitz zum Zylinder gelangt und den Druck im Zylinder senkt. Andererseits wird die durch den Diffusor laufende Druckwelle nach dem Erreichen des Gegenkonus, oder der Blen de, als Druckwelle zurückgeworfen und erreicht den Zylinderraum zeitversetzt (später auf grund der längeren Strecke) gegenüber der Saugwelle. Es kommt zu einer auspuffseitigen Nachladung des Zylinders.After opening the exhaust slot, a strong pressure wave runs into the exhaust. When through running the diffuser, a returning wave is generated, which to the still open Exhaust slot reaches the cylinder and lowers the pressure in the cylinder. On the other hand, the pressure wave running through the diffuser after reaching the counter cone or the balls de, thrown back as a pressure wave and reaches the cylinder space with a time delay (later on due to the longer distance) compared to the suction shaft. There is an exhaust side Reloading the cylinder.

Aus der US 4 424 882 A ist eine Anordnung für eine Auspuffanlage bekannt. Durch diese Anordnung werden Auspuffschalldämpfer beschrieben, bei denen das vom Motor kommende Abgas in ein großes Volumen und von dort weiter durch mindestens zwei gleich lange, ne beneinander angeordnete Düsen- bzw. diffusorförmige Rohre in eine zweite Kammer strömt. Diese Systeme zielen auf eine Auslöschung der gasdynamischen Aktivität ab, wodurch diese zur Verminderung der Spülverluste und zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik nicht genützt werden kann. Auch aus dem russischen Abstract SU-706551 ist ein ähnlicher Auspuffschalldämpfer bekannt.An arrangement for an exhaust system is known from US 4,424,882 A. Through this Arrangement exhaust silencers are described in which the coming from the engine Exhaust gas in a large volume and from there on through at least two of the same length, ne nozzles or diffuser-shaped tubes arranged next to one another flow into a second chamber. These systems aim to extinguish the gas dynamic activity, thereby to reduce flushing losses and to improve the torque characteristics cannot be used. A similar one is also from the Russian abstract SU-706551 Exhaust silencer known.

In der AT 399 914 B wird eine Auspuffanlage für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit einem Auspuffrohr beschrieben, an dessen Anfangsbereich zumindest zwei durch Diffusoren gebil dete konische Bereiche anschließen, die einerseits über Rohrstränge unterschiedlicher Länge an den Anfangsbereich des Abgasrohres anschließen und andererseits in einen gemeinsamen Sammelbehälter münden, an welchen das Abgas-Endrohr, umfassend Katalysator und/oder Schalldämpfer, angeschlossen ist. Dieses System bewirkt, daß eine vom Zylinder kommende Druckwelle zweimal als Saugwelle reflektiert wird und durch die unterschiedliche Lauflänge zeitversetzt den noch offenen Auspuffschlitz erreicht. Dadurch wird die Wirkungsdauer der Saugwelle im Vergleich zu anderen die Auspuffreflexionswelle nützenden Auspuffanlagen mit einer einzigen Resonanzkammer verlängert, um die gegen Ende der Spülphase in den Auspuff eingetretenen Frischgase in den Zylinder zurückzubefördern.AT 399 914 B describes an exhaust system for two-stroke internal combustion engines with one Exhaust pipe described, at the beginning of which at least two are formed by diffusers Connect conical areas, on the one hand via pipe strings of different lengths connect to the starting area of the exhaust pipe and on the other hand in a common Collection containers open to which the exhaust pipe, including catalyst and / or Muffler, is connected. This system causes one coming from the cylinder Pressure wave is reflected twice as a suction wave and due to the different barrel length delayed reaching the still open exhaust slot. This will increase the duration of the Suction wave compared to other exhaust systems using the exhaust reflection wave with a single resonance chamber extended to the towards the end of the rinsing phase Exhaust fresh gases returned to the cylinder.

Untersuchungen haben ergeben, daß allerdings bereits am Beginn der Spülphase große Uber strömverluste dadurch auftreten, daß unmittelbar nach dem Öffnen der Spülkanäle der größte Überdruck in diesem Bereich anliegt, während der Auspuff durch die Sogwirkung des abge strömten Gases bereits zu "Saugen" beginnt. Dies führt zu einer sogenannten "Kurzschlußspülung", wobei durch die beschriebenen Druckverhältnisse im Zylinder die klas sische Umkehrspülung größtenteils umgangen wird. Die oben beschriebenen Auspuffanlagen mit Auspuff-Resonanzkammern können nur gegen Ende des gesamten Spülvorganges auftre tende Spülverluste vermindern.Studies have shown that large Uber flow losses occur in that the largest immediately after opening the rinsing channels Overpressure is present in this area, while the exhaust is exhausted by the suction effect poured gas already begins to "suck". This leads to a so-called "Short-circuit flushing", the class by the pressure conditions described in the cylinder reverse flushing is largely bypassed. The exhaust systems described above with exhaust resonance chambers can only occur towards the end of the entire flushing process Reduce flushing losses.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, und eine Auspuffanlage für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit beliebiger Zylinderzahl vorzuschlagen, mit der die Spül verluste und der dadurch verursachte Emissionsausstoß effektiv vermindert werden können.The object of the invention is to avoid these disadvantages, and an exhaust system for Propose two-stroke internal combustion engines with any number of cylinders with which the flushing losses and the resulting emissions can be effectively reduced.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß im Abgasrohr mindestens eine erste Resonanz kammer und mindestens eine zweite Resonanzkammer in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise zwischen erster und zweiter Resonanzkammer eine Querschnittsverengung ausgebildet ist. Durch die der zweiten Resonanzkammer vorgelagerte erste Resonanzkammer wird erreicht, daß schon in der früheren Spülphase eine Auspuffrefle xionswelle in Richtung Auspuffschlitz läuft, und dadurch schon am Beginn der Spülphase die vom Einlaßschlitz in den Auspuff gelangende Frischluft zurückdrängt. Besonders vorteilhaft für die Bildung einer wirksamen Abgasreflexionswelle während der frühen Spülphase ist es, wenn die erste Resonanzkammer eingangsseitig einen Diffusor und ausgangsseitig einen Ge genkonus aufweist, welche in die Querschnittsverengung mündet. Die erste Resonanzkammer, welche kleiner ausgebildet ist als die zweite Resonanzkammer, wird dabei möglichst nahe an den Auslaßkanal gelegt. Die erste Resonanzkammer ist in einer besonders bevorzugten Aus führung so bemessen, daß deren Volumen zwischen 1/5 und 1/2 der zweiten Resonanzkam mer beträgt.According to the invention, this takes place in that at least one first resonance in the exhaust pipe chamber and at least one second resonance chamber in the flow direction one behind the other are arranged, preferably between the first and second resonance chamber Cross-sectional constriction is formed. Through the one upstream of the second resonance chamber The first resonance chamber ensures that a muffler is reflected in the earlier rinsing phase xionswelle runs in the direction of the exhaust slot, and thus at the beginning of the purge phase fresh air coming from the inlet slot into the exhaust is pushed back. Particularly advantageous for the formation of an effective emission reflection wave during the early purging phase, if the first resonance chamber has a diffuser on the input side and a Ge Genkonus, which opens into the cross-sectional constriction. The first resonance chamber which is smaller than the second resonance chamber is as close as possible laid the outlet duct. The first resonance chamber is in a particularly preferred mode dimension the guide so that its volume came between 1/5 and 1/2 of the second resonance mer is.

Durch die Volumen der ersten Resonanzkammer und der zweiten Resonanzkammer und die Querschnittsverengung zwischen den beiden Resonanzkammern kann das Leistungsprofil der Brennkraftmaschine an die jeweiligen Anforderungen angepaßt werden. In einer sehr vorteil haften Ausführungsvariante kann dabei vorgesehen sein, daß die Strömungsquerschnittsfläche des Abgasrohres im Bereich der Querschnittsverengung zwischen 1/2 und 1/10 der Strö mungsquerschnittsfläche im Anfangsbereich des Abgasrohres beträgt.By the volume of the first resonance chamber and the second resonance chamber and the Cross-sectional narrowing between the two resonance chambers can affect the performance profile of the Internal combustion engine to be adapted to the respective requirements. In a very advantageous way stick variant can be provided that the flow cross-sectional area of the exhaust pipe in the area of the cross-sectional constriction between 1/2 and 1/10 of the flow mung cross-sectional area in the initial area of the exhaust pipe.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figure.

Es ist schematisch eine Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 mit Umkehrspülung in einem Schnitt durch einen Zylinder 2 dargestellt, in welchem ein hin- und hergehender Kolben 3 angeordnet ist. Mit 4 ist eine in den Zylinder 2 mündende Zündkerze bezeichnet. Der Kolben 3 der Zweitakt-Brennkraftmaschine steuert sowohl die Einlaßöffnung 5 für das durch das Ansaug rohr 6 in den Kurbelraum 7 einströmende Luft-Kraftstoff-Gemisch, als auch die Einlaßschlit ze 8 im Zylinder 2 für die vom Kolben 3 komprimierte Luft und den Auspuffschlitz 9, von welchem ein Auslaßkanal 10 ausgeht. An den Auslaßkanal 10 schließt ein Abgasrohr 11 an, in dessen Anfangsbereich eine erste Resonanzkammer 12 mit einem einlaßseitigen Diffusor 13 und einem auslaßseitigen Gegenkonus 14 angeordnet ist. Stromabwärts der ersten Resonanz kammer 12 befindet sich im Abgasrohr 11 eine größere Resonanzkammer 15, welche eben falls einen eingangsseitigen Diffusor 16 und einen ausgangsseitigen Gegenkonus 17 aufweist. Zwischen der ersten Resonanzkammer 12 und der zweiten Resonanzkammer 15 befindet sich eine Querschnittsverengung 18, deren Strömungsquerschnittsfläche zwischen 1/2 und 1/10 der Eintrittsströmungsquerschnittsfläche in das Abgasrohr 11 im Bereich des Auslaßkanales 10 beträgt.A two-stroke internal combustion engine 1 with reverse purge is shown schematically in a section through a cylinder 2 , in which a reciprocating piston 3 is arranged. 4 with a spark plug opening into cylinder 2 is designated. The piston 3 of the two-stroke internal combustion engine controls both the inlet opening 5 for the air-fuel mixture flowing through the intake pipe 6 into the crank chamber 7 , and also the inlet slot 8 in the cylinder 2 for the air compressed by the piston 3 and the exhaust slot 9 , from which an outlet duct 10 extends. An exhaust pipe 11 connects to the outlet duct 10 , in the initial region of which a first resonance chamber 12 with an inlet-side diffuser 13 and an outlet-side counter cone 14 is arranged. Downstream of the first resonance chamber 12 there is a larger resonance chamber 15 in the exhaust pipe 11 , which also has an inlet-side diffuser 16 and an outlet-side cone 17 . Between the first resonance chamber 12 and the second resonance chamber 15 there is a cross-sectional constriction 18 , the flow cross-sectional area of which is between 1/2 and 1/10 of the inlet flow cross-sectional area in the exhaust pipe 11 in the region of the outlet channel 10 .

An den Gegenkonus 17 der zweiten Resonanzkammer 1 S schließt das Abgas-Endrohr 19 an, welches im Ausführungsbeispiel einen Katalysator 20 und einen Schalldämpfer 21 umfaßt.Exhaust tailpipe 19 connects to counter cone 17 of second resonance chamber 1 S, which in the exemplary embodiment comprises a catalytic converter 20 and a silencer 21 .

Das Volumen der ersten Resonanzkammer 12 beträgt etwa zwischen 1/5 und 1/2 der zweiten Resonanzkammer 15.The volume of the first resonance chamber 12 is approximately between 1/5 and 1/2 of the second resonance chamber 15 .

Beim Abwärtsgang des Kolbens 3 öffnet dieser zuerst den Auspuffschlitz 9, worauf der größte Teil der Abgase über die Auspuffanlage entweicht. Die Spülung des Zylinders 2 erfolgt beim weiteren Abwärtsgang des Kolbens 3 und Öffnen der Einlaßschlitze 8, welche über Kanäle 8a mit dem Kurbelraum 7 in Verbindung stehen, sodaß die zuvor durch den Kolben 3 im Kurbel raum 7 verdichtete Luft in den Zylinder 2 einströmt und das in diesem noch enthaltene Abgas mit möglichst wenig Luftverlust durch den Auspuffschlitz 9 in den Abgaskanal 10 verdrängt. Dabei entsteht während der frühen Spülphase in der ersten Resonanzkammer 12 eine in Richtung des Auspuffschlitzes 9 zurücklaufende Reflexionswelle, welche verhindert, daß Frischluft durch den Auspuffschlitz 9 in den Auslaßkanal 10 gelangt. Dadurch können Kurz schlußspülverluste der beginnenden Spülphase wirksam unterbunden werden.When the piston 3 goes down, it first opens the exhaust slot 9 , whereupon the majority of the exhaust gases escape through the exhaust system. The flushing of the cylinder 2 takes place in the further downward movement of the piston 3 and opening of the inlet slots 8 , which are in communication with the crank chamber 7 via channels 8 a, so that the air previously compressed by the piston 3 in the crank chamber 7 flows into the cylinder 2 and the exhaust gas still contained in this is displaced with the least possible air loss through the exhaust slot 9 into the exhaust duct 10 . During the early purging phase, a reflection wave is formed in the first resonance chamber 12 which runs back in the direction of the exhaust slot 9 and prevents fresh air from entering the exhaust duct 10 through the exhaust slot 9 . As a result, short-circuit rinsing losses of the beginning rinsing phase can be effectively prevented.

Am Ende des Spülvorganges wird hingegen in der zweiten Resonanzkammer 15 eine zum Zylinder 2 zurücklaufende Druckwelle erzeugt, welche die während der restlichen Spülphase von den Einlaßschlitzen 8 durch den Zylinder 2 in den Auslaßkanal 10 und das Abgasrohr 11 gelangende Frischluft wieder in den Zylinder 2 zurückschiebt.At the end of the purging process, on the other hand, a pressure wave returning to the cylinder 2 is generated in the second resonance chamber 15 , which pushes the fresh air coming from the inlet slots 8 through the cylinder 2 into the exhaust port 10 and the exhaust pipe 11 during the remaining purging phase back into the cylinder 2 .

Durch die der zweiten Resonanzkammer 15 vorgelagerte erste Resonanzkammer 12 wird auf einfache und wirksame Weise erreicht, daß sowohl die am Beginn der Spülphase als auch die am Ende der Spülphase in das Abgasrohr 11 gelangende Frischluft wieder in den Zylinder 2 geschoben wird und der weiteren Verbrennung zur Verfügung steht.Through the first resonance chamber 15 upstream of the first resonance chamber 12 , it is achieved in a simple and effective manner that both the fresh air entering the exhaust pipe 11 at the beginning of the purge phase and at the end of the purge phase is pushed back into the cylinder 2 and for further combustion Available.

Die erfindungsgemäße Auspuffanlage ist besonders für gemischansaugende Brennkraftma schinen geeignet. Sie kann aber auch bei luftansaugenden Dieselmotoren verwendet werden, wobei anstelle der in der Zeichnung eingetragenen Zündkerze 4 eine Einspritzdüse angeord net ist und durch das Ansaugrohr 6 die Verbrennungsluft einströmt.The exhaust system according to the invention is particularly suitable for mixture-sucking internal combustion engines. However, it can also be used in air-intake diesel engines, with an injection nozzle being arranged instead of the spark plug 4 shown in the drawing and the combustion air flowing in through the intake pipe 6 .

Claims

1. Exhaust system for a two-stroke internal combustion engine with reverse purge, with at least one cylinder ( 2 ), from which via at least one outlet slot ( 9 ) leads to an exhaust pipe ( 11 ) leading outlet channel ( 10 ), the starting area of the exhaust pipe ( 11 ) with at least one inlet-side diffuser ( 16 ) have a flow connection to the resonance chamber ( 15 ), to which an exhaust pipe ( 19 ) connects, characterized in that in the exhaust pipe ( 11 ) at least one first resonance chamber ( 12 ) and at least one second resonance chamber ( 15 ) are arranged one behind the other in the flow direction, a cross-sectional constriction ( 18 ) preferably being formed between the first and second resonance chamber ( 12 , 15 ).

2. Exhaust system according to claim 1, characterized in that the first resonance chamber ( 12 ) on the input side has a diffuser ( 13 ) and on the output side a counter cone ( 14 ) which opens into the cross-sectional constriction ( 18 ).

3. Exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that the first resonance chamber ( 12 ) is smaller than the second resonance chamber ( 15 ).

4. Exhaust system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the volume of the first resonance chamber ( 12 ) is between 1/5 and 1/2 of the second resonance chamber ( 15 ).

5. Exhaust system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow cross-sectional area of the exhaust pipe ( 11 ) in the area of the cross-sectional constriction ( 18 ) is between 1/2 and 1/10 of the flow cross-sectional area in the initial area of the exhaust pipe ( 11 ).

6. Exhaust system according to one of claims 1 to 5, characterized in that several re first and / or second resonance chambers ( 12 , 15 ) are arranged parallel to one another or in the flow direction one behind the other.