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Flammendämpfungsanlage für einen Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Flammen- Auspuffschalldämpfer dämpfungsanlage für einen Auspuffschalldämpfer
mit geradem Durchgangsrohr und daran fluchtend angesetztem Auslaßstutzen, insbesondere
für Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge.
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Bei schweren Verbrennungsmotoren und bei Abgasturbinen treten neben
den unerwünschten, durch die austretenden Abgase verursachten Schallschwingungen
vielfach auch noch unverbrannte Abgase unter erheblicher Flammenbildung aus. Bei
Fahrten in Kolonne, z. B. mit Fahrzeugen, bei denen diese Erscheinungen auftreten,
stören diese austretenden Flammenreste. Auch wünscht man aus verschiedenen Gründen
eine Flammenbildung in der Nacht zu vermeiden.
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Bei Abgasschall- und -flammendämpfern hat man z. B. den Abgasaustrittsstutzen
fächerartig aufgeteilt, wodurch eine stärkere Vermischung der austretenden Abgasströmung
und Verteilung der Flammenreste mit der Außenluft herbeigeführt werden sollte. Die
Flammenvernichtung war hierbei aber nicht vollständig. Außerdem ist es bekannt,
bei Schall- und Flammendämpfern vorzuschlagen, daß in den Kammern Strömungsumlenkungen
geschaffen werden und die Dämpfungseffekte durch Verwirbelung eintreten. Die strömungslenkenden
Einbauten sind jedoch den bei der Nachverbrennung brennbarer Abgasbestandteile herrschenden
Temperaturen nicht gewachsen. Man hat daher schon Luft- oder wassergekühlte Einbauten
vorgesehen oder Kühlluft in den Dämpfer direkt eingeführt. Während ein Kühlsystem
der erstgenannten Art sehr aufwendig, also kostspielig ist, wird bei Einführung
z. B. angestauter Kühlluft der Schalldämpfungseffekt teilweise wieder zunichte gemacht,
da der Schall durch die Zuführungskanäle nach außen dringen kann.
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Es ist ferner, z. B. nach dem deutschen Gebrauchsmuster 1792 261,
bekannt, einen Schalldämpfer derartig auszugestalten, daß dessen Auslaßstutzen als
Treibrohr in die Auffangdüse eines weiterleitenden Auspuffrohrs hineinragt und mit
diesem einen Strahlapparat bildet. Es sind ferner, z. B. nach den französischen
Patentschriften 738 014 und 850 951, Schalldämpferanordnungen bekannt, bei denen
die einzelnen Abgasleitungsabschnitte einen ungleichen Durchmesser aufweisen, d.
h., sie haben einen sehr hohen Widerstand, so daß eine Strahlapparateeinrichtung
zwecks Flammendämpfung nicht nachgeschaltet werden kann. Außerdem ist bei diesen
bekannten Anordnungen die Strahlapparateeinrichtung Bestandteil eines Schalldämpfers
und diesem vorgeschaltet. Nachteilig bei diesen bekannten Anordnungen ist zum einen,
daß keine wirksame Flammendämpfung eintritt, und zum anderen, daß bei diesen bekannten
Anordnungen zwangläufig eine starke Kondenswasserbildung auftritt. Dabei sammelt
sich das Kondenswasser im Schalldämpfer an und kann nicht abfließen, was wiederum
zur vorzeitigen Zerstörung der Anordnung führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flammendämpfungsanlage
für einen Auspuffschalldämpfer mit geradem Durchgangsrohr und daran fluchtend angesetztem
Auslaßstutzen aufzuzeigen, bei welchem besonders energiereichen und darum noch Flammenreste
enthaltenden Auspuffabgasen Schall entzogen wird und gleichzeitig die Flammen gelöscht
werden, so daß auch ein Aufleuchten der Auspuffmündung bei Nacht verhindert wird.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird durch die Kombination von an
sich bekannten Merkmalen erreicht. Diese an sich bekannten Merkmale sind: a) daß
der Auslaßstutzen als Treibrohr in ein als Fangdüse für Umgebungsluft ausgebildetes
vorderes Ende einer rohrförmigen Strahlpumpe unter Freilassung eines Ringspalts
hineinragt, b) daß der Auslaßstutzen von einem mit der Umgebung verbundenen Luftansaugrohr
durchdrungen ist, c) daß hinter dem Auslaßstutzen ein tropfenförmigerVerdrängungskörper
zentrisch angebracht ist und d) daß am Ende der Strahlpumpe ein Schaufelgitter angeordnet
ist.
Als gerader Durchgang wird im Rahmen der Erfindung eine im
Schalldämpfer vom Ein- bis zum Ausgang verlaufende, wenigstens teilweise als Siebrohr
ausgebildete Abgasleitung angesehen, die in Fortsetzung den Austrittsstutzen bildet
oder an die ein Stutzen angeschlossen ist, der als Treibrohr in den eingangsseitig
als Auffangdüse ausgebildeten Flammendämpfer hineinragt, wodurch in an sich bekannter
Weise ein Ejektor gebildet ist, dessen Mischraum mit der Außenluft in Verbindung
steht.
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Durch das durchgehend angeordnete Siebrohr werden außerdem Strömungsverluste
vermieden, so daß der Abgasstrahl am Austritt so beschleunigt werden kann, daß er
Frischluft mit ansaugt. Die angesaugte Frischluft vermischt sich mit den Abgasen
und kühlt diese, so daß eine Vermischungstemperatur entsteht, die genügend tief
liegt, um Zerstörung der flammendämpfenden Einbauten zu verhindern.
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Zwecks Vermeidung einer Zerstörung des die Kammern des Schalldämpfers
durchdringenden Siebrohrs ist es zweckmäßig, dieses zu unterteilen und in an den
Schottwänden gehaltenen Hüllrohren gleitend beweglich anzuordnen.
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Deshalb ist das Abgassiebrohr wenigstens an einer Stelle im Bereich
des Schiebesitzes unterbrochen und beide Enden in Abstand voneinander gehalten.
Das Siebrohr kann im Bereich der Schiebesitze massiv ausgebildet sein. Eine gute
Gleitbeweglichkeit wird erzielt, wenn die Hüllrohre mit am Umfang verteilten, nach
innen durchgedrückten Eindallungen, Sikken u. dgl. versehen sind, durch welche das
Siebrohr mit Punktberührung gehalten ist.
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Die Wirksamkeit der Flammendämpfung im Flammendämpfer wird heraufgesetzt,
wenn zwecks Vergrößerung der Luftzufuhr konzentrisch in der Mündung des Treibrohrs
ein mit der Umgebungsluft verbundenes Luftzuführungsrohr in an sich bekannter Weise
angeordnet ist, wodurch auch die Abgasströmung im Kern gekühlt wird.
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Eine schnelle Durchmischung wird weiterhin begünstigt durch einen
an sich ebenfalls bekannten, zentrisch im Flammendämpfergehäuse gegenüber der Mündung
des Treibrohrs angeordneten stromlinienförmigen Verdrängungskörper. Der Durchmesser
desselben soll an der Strömungsnase kleiner sein als der des Treibrohrs oder als
der des zentrisch in dessen Mündung angeordneten Luftzuführungsrohrs. Das Treibrohr
kann ebenso wie das den Schalldämpfer durchdringende Abgasrohr mit Schiebesitz in
der Abschlußwand des Schalldämpfers gehalten sein.
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Das Flammendämpfergehäuse ist durch ein ringförmiges Schaufelgitter
abgeschlossen, das so ausgebildet ist, daß das Flammendämpfergehäuse am Austritt
eine geschlossene, durchsichtsperrende Gitterfront aufweist. Hierdurch werden Flammenreste
am Durchschlagen gehindert und Sicht in das Innere des Flammendämpfers verwehrt.
In einer Weiterführung der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Schaufeln
so auszubilden, daß sie sich in Strömungsrichtung wölben oder Wellen aufweisen,
die zweckmäßigerweise mit einem Verhältnis von
ausgebildet sind, wobei sich der Wellenberg mit dem Wellental in seiner Projektion
berührt und somit die Durchsicht versperrt ist.
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Dieser erfindungsgemäßen Maßnahme liegt folgende Erkenntnis zugrunde:
Wenn man den Widerstand der Wellen in Längsrichtung berechnet, so nimmt dieser mit
längerer Welle und niedriger Höhe bekanntlich zu. Hält man umgekehrt die Wellenlänge
konstant und macht die Wellen höher, so nehmen die Umlenkverluste zu. Man hat also
die Wahl, entweder viele Wellen von geringer Wellenhöhe übereinanderzuschalten oder
wenige Wellen mit größerer Wellenhöhe, also mit großer Umlenkung, anzuwenden. Hieraus
ergibt sich eine Optimalisierungsvorschrift mit dem Ergebnis, daß das Optima dort
liegt, wo Wellenlänge 1 zur Wellenhöhe d im Bereich von
liegt.
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Zwecks Widerstandskompensation des an sich die Strömung behindernden
Schaufelgitters ist es erfindungsgemäß weiter vorgesehen, daß Flammendämpfergehäuse
in Strömungsrichtung konisch zu erweitern, also in diesem Bereich als Strömungsdiffusor
auszubilden. Natürlich kann man auch die Schaufelfläche dem am Austritt konisch
geformten Flammendämpfergehäuse anpassen. Der Aufweitungswinkel des Strömungsdiffusors
kann so gewählt werden, daß der Widerstand des gesamten Schaufelgitters restlos
kompensiert wird.
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Die Schaufeln können in sonst an sich bekannter Weise an einem nabenartigen
zentralen Kern befestigt sein. Dieser kann am Verdrängungskörper befestigt werden.
Weiterhin kann das Heck gleichzeitig den Kern für die Schaufeln abgeben. Gemäß einer
Weiterführung der Erfindung werden die Schaufeln so ausgebildet, daß sich die Schaufelfläche
vom Kern radial nach außen trapezförmig erweitert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands
dargestellt und erläutert.
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Der zylindrische Mantel 1 dient als Schalldämpfergehäuse. Dieser ist
stirnseitig durch Abschlußwände 2 a und 2 b abgeschlossen und durch die Schottwände
3 a und 3 b in die Kammern 4 a, 4 b und 4 c unterteilt. Im Inneren des Schalldämpfers
ist vom Einlauf bis zum Auslauf ein Siebrohr 5 angeordnet. Dieses besteht aus den
zwei Teilen 5a und 5b, die
mit ihren im Schalldämpfer liegenden Enden
5ä und 5 b' in dem von der Schottwand 3 b gehaltenen Hüllrohr 6 a
mit Schiebesitz gelagert sind. Auch das von der Schottwand 3 a gehaltene Hüllrohr
6 b bildet einen Schiebesitz für das im Abschnitt 5a" massiv ausgebildete Rohr 5
a. Der Austrittsstutzen 5 c ist mit Hilfe des Flansches 2 c am Schalldämpfer befestigt.
Der Abgasstutzen 5 c ist - wie ersichtlich - erst divergierend und dann wieder konvergierend
ausgebildet und dient als Treibrohr, das mit der im Eingang des Flammendämpfergehäuses
7 gebildeten Auffangdüse 7a einen Ejektor darstellt. Der Mischraum $
des Ejektors
ist durch den Ringspalt 9 - wie durch Pfeile angedeutet - mit der Umgebungsluft
verbunden. In das Zentrum des Abgasstutzens 5 c ist das Luftzuführungsrohr 10 eingeführt
und mündet im Abgasstutzen 5 c in den Mischraum B. Der Mündung 5 c' gegenüber ist
der Verdrängungskörper 11
konzentrisch im Flammendämpfergehäuse 7 angeordnet
und mit Hilfe der Stege 11 a an diesem gehalten. Die Strömungsnase 11 b des Verdängungskörpers
1.1 ist in ihrem Durchmesser kleiner gehalten als derjenige des Luftzuführungsrohrs
10, so daß auch die hier ausströmende Luft mit den aus dem Abgasstutzen 5 c austretenden
Abgasen und der durch den Ringspalt 9 eintretenden Luft nach der Wandung des Flammendämpfergehäuses
vermischt werden kann. Im Ausgang des Flammendämpfergehäuses 7 ist das
ringförmige
Schaufelgitter 12 angeordnet, dessen einzelne Schaufeln 12 a an der Nabe 12 b befestigt
sind, welche ihrerseits am Heck 11 c des Verdrängungskörpers 11 gehalten ist. Am
Ende 7 b ist das Flammendämpfergehäuse 7 zwecks Widerstandskompensation konisch
erweitert.
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Die in das Siebrohr 5 in den Schalldämpfer 1 eintretenden Abgase können
ohne Strömungsverlust hindurchtreten, während die Schallschwingungen in den gestaffelten
Kammern 4 a, 4 b und 4 c gedämpft werden. Der aus dem Abgasaustrittsstutzen 5 c
als Treibrohr und dem eingangs als Auffangdüse 7 a ausgebildeten Flammendämpfergehäuse
7 bestehende Ejektor saugt durch den Treibstrahl Frischluft in den Flammendämpfer.
Durch die Vermischung mit Luft werden die Abgase gekühlt und somit eine zuverlässige
Flammendämpfung erzielt. Das ringförmige Schaufelgitter 12 bildet das letzte Hindernis
für eventuelle Flammenreste. Außerdem wird durch dieses eine Sicht in den Flammenkern
verwehrt, wenn - wie vorgesehen - die Schaufeln eine entsprechende Form aufweisen,
z. B. Wölbungen oder Wellenform besitzen.