DE650784C - Zum Stetigmachen stossweise stroemender gasfoermiger Flude in Rohrleitungen dienendeEinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Stetigmachen stoßweise strömender gasförmiger Flude in Rohrleitungen., insbesondere zum Dämpfen des Auspuffgeräusches von Brennkraftmaschinen. Die Einrichtung verwendet jene bekannten Anordnungen, bei welchen in einer Rohrleitung venturiartige Düsen hintereinandergeschaltet sind.

Bekanntlich bildet eine in einem Rohr stehende Luftmenge einen Schwingungskörper, der bei Anregung, z. B. durch die schlagartig aus dem Zylinder austretenden Abgase, sog. Schwingungsknoten, das sind Zonen.höheren Druckes neben Zonen ,niederen Druckes, bildet. Diese Schwingungszonen erstreben eine ganz bestimmte Form und einen ganz bestimmten Bereich innerhalb des Rohres, und durch geeignete Rohreinsätze kann man diese Zonen beeinflussen, indem man ihre Entstehung an den von ihnen selbst bevorzugten Stellen verhindert oder die von ihnen selbst angestrebte Form nicht zur Entwicklung kommen läßt. Dadurch kann den durch das Rohr strömenden Abgasen ein ganz bestimmter Druckverlauf gegeben und Geräusch weitgehend verhindert werden.

Bei den bekannten Anordnungen ist die Gestaltung nun so, daß Hohlkörper verwendet werden, deren lichte Weite, zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert pendelnd, um stets gleiche Beträge auf die Rohrlänge berechnet, zu- und abnehmen. Es ist also hier die Lage und Gestalt der Düsen adelndem unterschiedlichen, sich über die Rohr- länge allmählich verändernden Druck an Stellen höchsten und kleinsten Druckes angepaßt. Die Folge davon ist, daß entweder die Schwingungen der Abgase oder deren mittlerer Druckverlauf unausgeglichen sind. Dadurch werden sowohl die Geräuschdämpfung als auch die Motorleistung beeinträchtigt; letztere durch den im Auspuff auftretenden Strömungswiderstand, der wiederum, in den Zylinder zurückwirkend, den Kolben unnötig belastet, das Spülen und Aufladen erschwert usw.

Die beiliegende Zeichnung erläutert die Vorgänge am Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine schematisch, und zwar zeigt

Abb. ι die Brennkraftmaschine mit dem Auspuffrohr in Seitenansicht, mit am Auspuffrohr angedeuteten Meßstellen.

Abb. 2 zeigt schaubildlich den Verlauf der Auspuffschwingungen und den Verlauf des mittleren Druckes der Abgase an einem einfachen, offenen Auspuffrohr.

Abb. 3 zeigt schaubildlich den Verlauf der Auspuffschwingungen und den Verlauf des mittleren Druckes der Abgase an einem mit einem Schalldämpfer versehenen Auspuffrohr.

Abb. 4 zeigt schaubildlich den Verlauf der Auspuffschwingungen und den Verlauf des mittleren Druckes der Abgase an einem Aus-

puff rohr mit Einsätzen "bekannter Anordnung, wobei die Iiage und Gestalt der Düsen nicht dem unterschiedlichen, sich über die Auspuffrohrlänge verändernden Druck an den Stellen' kleinsten und höchsten Druckes angepaßt ist. Abb. 5 zeigt schaubildlich die ausgleichende und dämpfende Wirkung nach der Erfindung mit Schalltopf.

Abb. 6 zeigt im Schaubild den Druckverlauf 'der Abgase in Abhängigkeit von dem in Betracht kommenden Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ganz allgemein.

Abb. 7 zeigt im Schaubild den Druckverlauf der Abgase an den Meßstellen längs des Auspuffrohres bei. den verschiedenen Drehzahlen.

Abb. 8 zeigt schematisch die Anordnung und Gestalt der Venturidüseneinsätze im Auspuffrohr gemäß der Erfindung. Abb. 9 zeigt einen Längsschnitt durch eine in das Ansaugrohr eingesetzte Venturidüse im Längsschnitt.

Abb. 10 zeigt schaubildlich die ausgleichende Wirkung der Einrichtung nach der Erfindung ohne Schalltopf.

In Abb. ι ist a die Brennkraftmaschine, b das Auspuffrohr, welches die aus den Zylindern der Brennkraftmaschine abströmenden Abgase gesammelt entweder unmittelbar oder durch einen Auspufftopf hindurch an die Außenluft abführt. A₁, B₁, A₂ und B₂ sind am Auspuffrohr angeordnete Meßstellen. Diese Meßstellen sind auf Grund praktischer Ermittlungen in annähernd gleichen Abständen so gewählt, daß an den Stellen B₁, B₂ Wellenberge (Schwingungsknoten) mit verhältnismäßig hohen Drücken und an, den Stellen A₁, A₂ dagegen Wellentäler mit verhältnismäßig niedrigen Drücken gemessen werden. Bevor auf die Erfindung und ihre Wirkung näher eingegangen wird, ist über die Erscheinungen im Auspuffrohr grundsätzlich folgendes zu sagen:

Bei offenem Auspuffrohr ohne Schalltopf ergibt sich, wie die Abb. 2 zeigt, ein mittlerer Druckverlauf, wie er durch die Punkte a_v b\, a₂ und b₂ gekennzeichnet ist. Die hierbei sich ergebende wellige Druckkurve/? ist unabhängig von den Schwingungens der Abgase und stationär, wobei die Abgasschwingungen s die Schwankung des mittleren Druckes ρ überlagern und zwischen den Werten f_m;_n und f_max wechseln. Es sind sowohl der mittlere Druck-Verlauf ρ unausgeglichen als auch die Schwingungens der Abgase ungedämpft.

Abb. 3 zeigt die Vorgänge in einem Auspuffrohr mit einem Schalldämpfer. Die Auspuff schwingungen" s sind stark gedämpft,- doch bleibt der mittlere Druckverlauf ρ nach wie vor unausgeglichen. Das Schaubild nach Abbi3 läßt erkennen, daß ein idealer Schall- -, dämpfer die Auspuffschwingungen schließlich ganz unterdrücken könnte, so daß der mittlere Druck in jedem Augenblick dem tat- ■; sächlichen Druck entsprechen würde, ohne "daß jedoch hierbei der mittlere Druck selbst ausgeglichen wäre. Um diesen mittleren Druck -auszugleichen, genügen also die bisherigen Einrichtungen nicht, wie die Abb. 4 zeigt. Aus dieser Abbildung sind die Schwingungs- und Druckverhältnisse ersichtlich, bei denen den Auspuffrohrquerschnitt verengende düsenartige Einsätze ohne Rücksicht auf diesen Druckverlauf über die Auspuffrohrlänge verteilt sind, und zwar derart, daß infolge der Querschnittsveränderungen jeweils bei Jc₁, X₂ und X₃ eine Erniedrigung, bei y_u y₂ eine Erhöhungdes mittleren Druckes auftritt. Als Ausgleichskurve ergibt sich in diesem beliebig gewählten Fall die stark ausgezogene Linie p_r, welche sogar noch erheblich ungünstiger verläuft als die ursprüngliche mittlere Druckkurve p.

Gemäß der Erfindung werden die Düsen nur .an denjenigen Stellen im Auspuffrohr angebracht," an denen Druckhöchst- oder Druckmindestwerte auftreten. Weiterhin ist gemäß der Erfindung die Anordnung derart getroffen, daß zu den Venturidüsen Leitungen parallel geschaltet sind, welche bei größeren Abgasmengen den Gasen einen zusätzlichen Durchgang ermöglichen. Fernerhin sind gemäß der Erfindung die Querschnitte der Düsen gegen das 'Ende des Auspuffrohres hin allmählich kleiner gemacht, derart, daß die Durchgangsquer schnitte der jeweils herrschenden Gasspannung angeglichen sind.

Durch die neue Anordnung wird erreicht, daß im Auspuffrolir ein im wesentlichen gleichbleibender oder ein. gleichmäßig abfallender Druck auftritt, also sowohl die Auspuffschwingungen gedämpft sind als auch der mittlere Druck ausgeglichen ist, wie schematisch die Abb. S geigt. Hierdurch ist man \ vor allen Dingen in die Lage versetzt, die Auspuffgeräusche, die insbesondere bei bestimmten Drehzahlen durch den ungleichmäßigen Druckverlauf im Auspuffrohr entstehen, wesentlich herabzumindern.

Wie die Abb. 6 zeigt, ergeben sich je nach der Drehzahl der Brennkraftmaschine an den Meßstellen A₁ bis B₂ verschieden hohe Drücke, und zwar sind diese verhältnismäßig am höchsten z.B. bei Drehzahlen/2 = 1400 und 2800Umdr./min, dagegen niedriger z.B. bei ß = 2ioo und 3SooUmdr./min, wobei die zuletzt genannten Drücke, sogar unter dem Druck ο (Abb. 6) der Außenluft liegend, festgestellt worden sind. Die Druckkurven für diejenigen Meßstellen, welche dem Motor zu gelegen sind, verlaufen im allgemeinen oberhalb der Kurven der mehr dem Rohrende zu

gelegenen Meßstellen. Doch zeigt es sich, daß der Druckabfall nicht gleichmäßig ist. Die Kurven für die Meßstellen A₁ und B₁ liegen z. B. näher aneinander als die Kurven für die Meßstellen B₁ und A₂, wobei, z. B. für /2 = 1400, der Druck bei B₁ sogar höher sein kann als der Druck an der Meßstelle A₁. In Abb. 7 sind diese Drücke in Abhängigkeit von der Entfernung der Meßstellen vom Motor bzw. in Abhängigkeit von den Meßstellen eingetragen, und die Abb. 8 zeigt schematisch, wie die Venturidüsen C₁ und C₂ entsprechend diesem Druckabfall in das Auspuffrohr eingesetzt sind und der Durchgangsquerschnitt der Düsen gegen das Rohrende lain abnimmt.

In Abb. 9 ist eine solche Düse in einen größerem Maßstab im einzelnen dargestellt. Die Düse c besitzt vor und hinter ihrer engsten Stelle Öffnungen U₁ bzw. d₂, durch welche ein Teil der Gase statt durch die Düse durch den Ringraum e geleitet werden kann. Hierdurch wird eine gleichmäßige Geräuschdämpfung bei verschiedenen Drehzahlen ermöglicht und eine zu starke Drosselung der strömenden Abgasmenge bei höheren Drehzahlen vermieden, in dem im unteren Drehzahlbereich die Gasmenge im wesentlichen durch die Düse, im oberen Drehzahlbereich dagegen zum Teil auch durch den Ringraum hindurchströmt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist weiter oben zwar unter der Voraussetzung geschildert, daß das Rohrö der Brennkraftmaschine mit einem Schallkopf versehen ist, so daß also, entsprechend der Darstellung nach Abb. 5, abgesehen von dem ausgeglichenen Verlauf des mittleren Druckes auch gedämpfte Auspuffschwingungen vorliegen. Doch ändert ein fehlender Auspufftopf nach dem Schaubild von Abb. 10 nichts am Endergebnis in · bezug auf die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung. Es wird lediglich der Druckabfall etwas geringer sein. Es bleiben die Auspuffschwingungen ungedämpft (s. in Abb. 10). Der Druckverlauf wird ausgeglichen.

Die neue Einrichtung ist außer für die Dämpfung des Auspuffgeräusches von Brennkraftmaschinen sinngemäß auch für Ansaugeleitungen, Dampfleitungen u. dgl. anwendbar.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zum Stetigmachen stoßweise strömender gasförmiger Flude in Rohrleitungen, insbesondere für die Dämpfung des Auspuffs von Brennkraftmaschinen, dienende Einrichtung, bei welcher venturiartige Düsen hintereinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen an den Stellen des Rohres angebracht · sind, wo Druckhöchst- oder Druckmindestwerte auftreten.

2. Rohrleitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen zu den Venturidüsen parallel geschaltet sind, die bei größeren Gasmengen den Gasen einen zusätzlichen Durchgang geben (Abb. 9).

3. Rohrleitungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Düsen nach dem Ende der Rohrleitung hin allmählich sich verringern (Abb. 8).

Hierzu ι Blatt Zeichnungen