DE29609405U1

DE29609405U1 - Abgasschalldämpfer für Verbrennungsmotoren

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Publication number: DE29609405U1
Application number: DE29609405U
Authority: DE
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 1996-05-25
Filing date: 1996-05-25
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2006-05-26
Also published as: SE9701391D0; US5883342A; SE510745C2; FR2749039B1; FR2749039A1; SE9701391L

Description

Patentanwalt
Dipl.-lng. W. Jackisch & Partner

Menzelstr.4O ■ 70192 Stuttgart

Firma A 40 593/mxie

Andreas Stihl _&Lgr; , .. .

Badstr. 115 2*. Hai 1996

71336 Waiblingen

Abgasschalldämpfer für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Zweitaktmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten wie Motorkettensägen, Freischneider oder dgl. der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben Gattung.

Aus der DE 26 38 203 Al ist ein Abgasschalldämpfer für Kleinmotoren bekannt, der aus einer unteren und einer mit dieser lösbar verbundenen oberen Schale besteht. Die Abgasführung erfolgt durch ein in die untere Schale ragendes Rohr, und durch öffnungen in der oberen Schale kann das Abgas austreten. Die öffnungen sind als längliche Schlitze ausgebildet und mit einer das Abgas lenkenden Abdeckung versehen.

Aufgrund des geringen Bauraums, den ein solcher Abgasschalldämpfer einnehmen sollte, ist der Abgasweg innerhalb des Schalldämpfers relativ kurz, so daß das Abgas an der Stelle, an der es in die Umgebungsluft austritt, eine sehr hohe Abgastemperatur aufweist. Abgasströme mit sehr hoher Temperatur können von der Bedienungsperson jedoch als unangenehm empfunden werden. Außerdem bestehen für Geräte, die unter anderem für Waldarbeiten eingesetzt werden, teils

strenge Vorschriften, insbesondere auch hinsichtlich der Abgastemperatur in einer Meßebene nahe des Abgasschalldämpfers. Ferner darf ein den Abgasschalldämpfer überspannendes und mit Luftschlitzen versehenes Gehäuseteil keiner übermäßigen Temperaturbeaufschlagung ausgesetzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgasschalldämpfer für Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß mit einfachen Mitteln und ohne nennenswerten Mehraufwand eine Reduzierung der Abgasaustrittstemperatur erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Abgasschalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß das an mehreren Stellen in Teilströmen austretende Abgas mit einer großen Menge Frischluft verwirbelt und vermischt wird, was aufgrund der erheblichen Temperaturdifferenz zwischen Frischluft und Abgasstrom zu einer deutlichen Absenkung des Temperaturniveaus bereits auf kurzer Strömungsweglänge führt. Die Austrittsgeschwindigkeit des Hauptabgasstromes wird deutlich reduziert, so daß bezogen auf eine Strömungsweglänge eine rasche und intensive Mischung mit Frischluft erfolgt.

Auf besonders einfache Weise ist das Zuführen von Frischluft in die Austrittshutze durch mindestens eine Luftaustrittsöffnung in seitlichen Wandabschnitten der Austrittshutze möglich. Um jedoch eine starke Verwirbelung von Frischluft und Abgas zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß in beiden seitlichen Wandabschnitten Luftaustrittsöffnungen vorgesehen sind. Aus Gründen der Stabilität der Austritts-

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hutze in den seitlichen Wandabschnitten ist es zweckmäßig, daß die Luftaustrittsoffnungen in Abgasströmungsrichtung lediglich eine begrenzte Weite aufweisen. So sind beispielsweise Lufteintrittsöffnungen mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von maximal 2,5 mm geeignet. Als besonders bevorzugt wird jedoch eine Ausgestaltung der Lufteintrittsöffnungen als Langloch angesehen, deren Weite zwischen den Längsseiten etwa 2 mm beträgt. Diese Langlöcher können bezüglich ihrer Längsachse schräg zur Richtung des Hauptabgasstromes verlaufen. Als besonders geeignet wird jedoch angesehen, daß sich die Längsachse der Langlöcher quer zur Richtung des Hauptabgasstromes erstreckt. Dabei ist vorteilhafterweise die Weite der Langlöcher bezüglich ihrer Längsachse so bemessen, daß die Langlöcher am unteren Rand eines bogenförmigen Abschnittes der Austrittshutze enden. Auf diese Weise wird erreicht, daß den die Luftaustrittsöffnungen verlassenden Nebenabgasströmen ein bestimmtes Ausströmverhalten vorgegeben wird.

In besonders einfacher Ausgestaltung können die Luftaustrittsöffnungen als Stanzlöcher ausgeführt sein. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Luftaustrittsöffnungen mit Kiemen auszubilden. Da der Abgasstrom stromab der Austrittsöffnungen in der Austrittshutze eine Umlenkung von 90° erfährt, sollten die Luftaustrittsöffnungen erst in einem Bereich vorgesehen sein, in dem die Richtung des Hauptabgasstromes stabil ist. Es wird daher als zweckmäßig angesehen, daß die Luftaustrittsöffnungen in einem Bereich der Wandabschnitte angeordnet sind, der etwa zwischen der Mitte der Längserstreckung der Austrittshutze und der stirnseitigen öffnung liegt. Die Oberseite der Austrittshutze ist vorzugsweise im wesentlichen eben ausgeführt, und nahe der stirnseitigen öffnung befindet sich ein Abschnitt

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mit geringer nach innen gerichteter Neigung. Diese Maßnahme dient ebenfalls der Reduzierung der Austrittsgeschwindigkeit des Hauptabgasstromes.

Um einen Funkenaustritt mit dem Abgas zu verhindern, ist zwischen der Austrittshutze und den Austrittsöffnungen der Schale des Abgasschalldämpfers ein die Austrittsöffnungen überdeckendes Funkenschutzgitter in Form eines Drahtgeflechtes angeordnet. Dabei weist die Austrittshutze vorzugsweise entlang ihrer Längsseiten und der geschlossenen Stirnseite Ränder auf, die sich über das Funkenschutzgitter hinaus erstrecken. Somit liegen die Ränder auf der Außenseite der Schale auf, so daß eine Befestigung der Austrittshutze an der Schale mittels Punktschweißung im Bereich der Ränder möglich ist. Auf der Seite der Austrittshutze mit der stirnseitigen öffnung weist das Funkenschutzgitter einen verlängerten Abschnitt auf, der mittels einer in die Schale gedrehten Blechschraube befestigt ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Abgasschalldämpfer, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht auf eine Austrittshutze in Richtung des Pfeiles III in Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Abgasschalldämpfer 1, dessen Gehäuse aus zwei Schalen 2 und 3 gebildet wird, nämlich der eingangsseitigen Schale 2 und der ausgangsseitigen Schale 3. Innerhalb des Abgasschalldämpfers 1 ist zwischen den Scha-

len 2 und 3 eine Zwischenwand angeordnet, deren äußerer Umfangsrand zwischen den Rändern der Schalen 2 und 3 eingespannt ist. Unter Zwischenschaltung des Umfangsrandes der Zwischenwand 4 sind die Schalen 2 und 3 mittels einer Bördelverbindung 6 zu einem dichten Gehäuse verschlossen. In der Zwischenwand 4 befinden sich mehrere Durchtrittsöffnungen 5, durch die eine von der Zwischenwand 4 und der eingangsseitigen Schale 2 begrenzte Eintrittskammer 12 mit einer von der Zwischenwand 4 und der Schale 3 begrenzten Austrittskammer 13 verbunden ist. Gemäß dem Richtungspfeil B strömt das Abgas von der Eintrittskammer 12 in die Austrittskammer 13.

Durch die Eintrittskammer 12 und die Austrittskammer 13 erstrecken sich zwei orthogonal zur Zwischenwand 4 verlaufende Rohrkörper 8, von denen aufgrund der Schnittdarstellung in Fig. 1 lediglich ein Rohrkörper 8 zu sehen ist. Der Rohrkörper 8 besitzt an seinem der Schale 2 benachbarten Ende einen Ringbund 11, der unter Zwischenschaltung eines Versteifungsflansches 10 mit der Schale 2 verbunden ist. Das der Schale 3 benachbarte Ende des Rohrkörpers 8 ist durch einen Ringflansch 9 der Schale 3 geführt und wird von diesem dichtend umschlossen. In dem Versteifungsflansch 10 befindet sich eine Bohrung 18, die zum Durchtritt einer Befestigungsschraube für den Anbau des Abgasschalldämpfers 1 an einem Verbrennungsmotor dient, wobei der Schraubenkopf der Befestigungsschraube mit dem Ringbund 11 zusammenwirkt. Auf diese Weise ist eine kurz geschraubte Befestigung des Abgasschalldämpfers 1 an dem Verbrennungsmotor möglich.

Die Schale 3 weist in ihrem in Fig. 1 oberen Abschnitt eine nach innen gezogene Vertiefung 17 auf, in der sich mehrere Austrittsöffnungen 14 befinden, von denen in Fig. 1 lediglich eine Austrittsöffnung 14 sichtbar ist. über der Ver-

tiefung 17 ist eine Austrittshutze 16 angeordnet, die mit einer Oberseite 21 und seitlichen Wandabschnitten 22 einen Austrittskanal 30 bildet. Die Oberseite 21 umfaßt entlang der Längsseiten bogenförmige Abschnitte 21', die als übergang zu den seitlichen Wandabschnitten 22 dienen. Die Austrittshutze 16 ist mit seitlichen Rändern 27, 27^f versehen, mit denen die Hutze 16 auf der Schale 3 anliegt und mit dieser stoffschlüssig verbunden ist. Zwischen der Schale 3 und den seitlichen Rändern 27, 27' der Austrittshutze 16 ist ein Funkenschutzgitter 15 eingespannt, das sich sowohl in einem Abstand zu der Vertiefung 17 als auch in einem Abstand zur Oberseite 21 der Austrittshutze 16 erstreckt. Ein gemäß Pfeil C durch die Austrittsöffnungen 14 tretender Abgasstrom wird somit durch das Funkenschutzgitter 15 in den Austrittskanal 30 geführt, wobei das Funkenschutzgitter

15 verhindert, daß Funken mit dem Abgasstrom austreten. Wie später noch zu den weiteren Zeichnungsfiguren näher erläutert wird, besitzt das Funkenschutzgitter 15 einen verlängerten Abschnitt 15', der mittels einer Blechschraube 19 an der Schale 3 befestigt ist.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß der Abgasschalldämpfer 1 von zwei Rohrkörpern 8 durchsetzt ist, wobei sich zwischen den der Schale 2 benachbarten Enden in der Schale 2 eine Eintrittsöffnung 7 befindet, durch die der Abgasstrom vom Zylinder des Verbrennungsmotors kommend gemäß Pfeil A in die Eintrittskammer 12 gelangt. Gemäß Pfeil B tritt, wie bereits zu Fig. 1 beschrieben, der Abgasstrom in die Austrittskammer 13 über. Wie aus Fig. 2 weiter deutlich wird, hat die Vertiefung 17 der Schale 3 eine längliche Erstreckung, und die Form der Austrittshutze

16 ist der Länge der Vertiefung 17 angepaßt. Die in Fig. 2 nicht sichtbaren Austrittsöffnungen 14 in der Vertiefung 17

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befinden sich im wesentlichen links von einer Mittellinie M in Fig. 2.

Die Austrittshutze 16 besitzt eine Stirnwand 25, die zu einem Rand 26 herabgezogen ist. Am anderen Ende der Austrittshutze 16 befindet sich eine stirnseitige öffnung 24, durch die der in der Austrittshutze 16 geführte Hauptabgasstrom gemäß Pfeil D in die Umgebungsluft austreten kann. An der Stirnseite der Austrittshutze 16, an der sich die öffnung 24 befindet, erstreckt sich ein vorderer Rand 28 über den verlängerten Abschnitt 15'. Der verlängerte Abschnitt 15' des Funkenschutzgitters 15 ist mittels der Blechschraube 19 an der Schale 3 befestigt. Durch Lösen der Blechschraube ist das Funkenschutzgitter 15 auswechselbar, da die Seitenränder des Funkenschutzgitters 15 zwischen Schale 3 und Austrittshutze verschiebbar sind.

Wie aus Fig. 2 weiter zu ersehen ist, sind in dem seitlichen Wandabschnitt 22 der Austrittshutze 16 drei Luftaustrittsöffnungen 20 angeordnet, die als ausgestanzte Langlöcher ausgebildet sind, deren Längserstreckung quer zur Richtung des Hauptabgasstromes D verläuft. Die Luftaustrittsöffnungen 20 besitzen aufgrund ihrer Form zwei parallele Längsseiten, deren Abstand d etwa 2 mm beträgt. Selbstverständlich kann das Maß d auch anders gewählt werden, wobei als Obergrenze maximal 2,5 mm angesehen wird. Auch bezüglich der Richtung der Längserstreckung sind Variationen möglich, beispielsweise schräg zur Richtung des Hauptabgasstromes D verlaufend. Wie das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 zeigt, ist die Weite w der als Langlöcher gestalteten Luftaustrittsöffnungen 20 bezüglich ihrer Längsachse so bemessen, daß das obere Ende an dem bogenförmigen Abschnitt 21' endet.

Die Oberseite 21 der Austrittshutze 16 weist unmittelbar vor der stirnseitigen Öffnung 24 einen nach unten geneigten Abschnitt 23 auf, wobei der Neigungswinkel gering ist. Dieser Abschnitt 23 bewirkt eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Hauptabgasstromes D. Der gemäß Pfeil C in den Innenraum der Austrittshutze 16 geführte Abgasstrom wird in der Austrittshutze 16 abgelenkt und in einem Winkel von 90° entsprechend dem Pfeil D geführt. Aufgrund des Überdruckes innerhalb der Austrittshutze 16 strömt Abgas nicht nur durch die Öffnung 24 aus, sondern auch durch die Luftaustrittsöffnungen 20. Es entstehen so ein Hauptabgasstrom D und mehrere Nebenabgasströme, durch die viel Frischluft mit dem heißen Abgas verwirbelt wird. Aufgrund der enormen Temperaturdifferenz zwischen Frischluft und Abgasstrom, die durchaus 300"C überschreiten kann, ergibt sich somit eine drastische Reduzierung des in die Umgebungsluft ausgetretenen Gemisches aus Abgas und Luft in einer kurz hinter der Austrittshutze 20 festgelegten Meßebene. Diese Maßnahme kann somit zu einer Reduzierung der Temperatur des Abgases an der Meßebene in der Größenordnung von 80" bis 100⁰C führen.

Aus der Darstellung in Fig. 3 wird deutlich, daß die Austrittshutze 16 bezogen auf die Strömungsrichtung D des Hauptabgasstromes symmetrisch ausgebildet ist. Da in Fig. 3 die Austrittshutze 16 rechts die geschlossene Stirnwand 25 und links die Öffnung zum Austritt in die Umgebungsluft aufweist, befinden sich die in der Vertiefung 17 angeordneten Austrittsöffnungen 14 bevorzugt in dem der Stirnwand 25 benachbarten Bereich. Die Luftaustrittsöffnungen 20, die sowohl an dem Wandabschnitt 22 als auch an dem Wandabschnitt 22' vorgesehen sind, befinden sich in der Hälfte der Austrittshutze 16, die der stirnseitigen Öffnung 24 benachbart ist. Wie aus Fig. 3 weiter deutlich wird, er-

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strecken sich die Ränder 26 und 27, 27' der Austrittshutze 16 über das Funkenschutzgitter 15 hinaus, wobei mittels Schweißpunkten 29 an den Rändern 27 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Schale 3 und der Austrittshutze 16 erzeugt ist. Mit Pfeilen E ist die Austrittsrichtung der Nebenabgasströme angegeben, diese können je nach Ausgestaltung auch in einem spitzen Winkel zum Hauptabgasstrom D verlaufen.

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Claims

Patentanwalt Dipl.-Ing. W. Jackisch & Partner Menzelsir. 40 ■ 70192 Stuttgart Firma A 40 593/mxie Andreas Stihl - , &lgr;, . Badstr. 115 2 4. Mai 71336 Waiblingen Ansprüche

1. Abgasschalldämpfer (1) für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Zweitaktmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten wie Motorkettensägen, Freischneider oder dgl. mit einem Gehäuse, das wenigstens eine mit mindestens einer Austrittsöffnung (14) für das Abgas versehene Schale (3) umfaßt, wobei sich über den Austrittsöffnungen (14) eine das Abgas lenkende Abdeckung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung als in Richtung eines Hauptabgasstromes (D) sich länglich erstreckende Austrittshutze (16) ausgebildet ist, die an einer Stirnseite eine Öffnung (24) aufweist, durch die der Hauptabgasstrom (D) in die Umgebungsluft austritt, und mit mindestens einer Luftaustrittsöffnung (20) für eine Nebenabgasströmung (E) in wenigstens einem seitlichen Wandabschnitt (22) der Austrittshutze (16).

2. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Wandabschnitten (22, 22') Luftaustrittsöffnungen (20) vorgesehen sind.

3. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen (20) beider Wandabschnitte (22, 22') bezogen auf die Längsachse der Austrittshutze (16) gleichmäßig, vorzugsweise symmetrisch angeordnet sind.

4. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3_;

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen (20) als Langloch ausgestaltet sind.

6. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längsachse der Langlöcher (20) quer zur Richtung des Abgasstromes (D) erstreckt.

7. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Weite (w) der Langlöcher (20) bezüglich ihrer Längsachse im wesentlichen bis an einen bogenförmigen Abschnitt (21') der Oberseite der Austrittshutze (16) reicht.

8. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 5 bis I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen (20) mit Kiemen versehen sind.

9. Abgasschalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen (20) als Stanzlöcher ausgeführt sind.

10. Abgasschalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen (20) in einem Bereich der Wandabschnitte (22, 22') angeordnet sind, der etwa zwischen der Mitte der Längser-

• ·

Streckung der Austrittshutze (16) und der stirnseitigen öffnung (24) liegt.

11. Abgasschalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (21) der Austrittshutze (16) im wesentlichen eben ausgeführt ist und nahe der stirnseitigen öffnung (24) einen Abschnitt (23) mit geringer nach innen gerichteter Neigung aufweist .

12. Abgasschalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Austrittshutze (16) und den Austrittsöffnungen (14) der Schale (3) ein die Austrittsöffnungen (14) überdeckendes Funkenschutzgitter (15) angeordnet ist.

13. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittshutze (16) entlang ihrer Längsseiten (Wandabschnitte 22, 22') und der geschlossenen Stirnseite Ränder (27, 27' bzw. 26) aufweist, die sich über das Funkenschutzgitter (15) hinaus erstrecken.

14. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittshutze (16) an der Schale (3) mittels Punktschweißung im Bereich der Ränder (27, 27') befestigt ist.

15. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Funkenschutzgitter (15) auf der Seite der Austrittshutze (16) mit der stirnseitigen öffnung (24) einen verlängerten Abschnitt

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(15') aufweist, der mittels einer in die Schale (3) gedrehten Blechschraube (19) befestigt ist.

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