DE2309571A1

DE2309571A1 - EXHAUST SILENCER FOR TWO-STROKE ENGINES

Info

Publication number: DE2309571A1
Application number: DE19732309571
Authority: DE
Inventors: Ian N Swanson
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1972-04-12
Filing date: 1973-02-26
Publication date: 1973-10-18
Also published as: DE7307335U; CA975228A; US3786897A; JPS4914841A

Description

Donaldson Company, Inc., 14oo West 94th Street, Minneapolis, Minnesota, U. S. A.Donaldson Company, Inc., 14oo West 94th Street, Minneapolis, Minnesota, U.S.A.

"Auspuff-Schalldämpfer für Zweitakt-Motore""Exhaust silencer for two-stroke engines"

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Auspuff-Schalldämpfer und im einzelnen auf einen Auspuff-Schalldämpfer für Zweitakt-Motore, versehen mit einer megaphon- oder schalltrichterförmigen Einrichtung zur Steigerung der Motorleistung.The invention relates generally to exhaust mufflers and in detail on an exhaust silencer for two-stroke engines, provided with a megaphone or horn-shaped device to increase the engine power.

Es ist seit langem bekannt, daß die PS-Leistung eines Zweitakt-Motors wesentlich von der Konstruktion des Auspuffsystems beeinflußt wird und durch ein ordnungsmäßig ausgelegtes Auspuffsystem gegenüber einem schalldämpferlosen Motor bis zu 35% erhöht werden kann. Im VergleichIt has long been known that the horsepower output of a two-stroke engine depends largely on the design of the exhaust system is influenced and by a properly designed exhaust system compared to a muffler-free one Motor can be increased up to 35%. In comparison

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zu einem Motor mit schlecht gebautem Auspuffsystem ist die Leistungssteigerung noch höher. Ein bekanntes Verfahren zur Leistungssteigerung bei Zweitakt-Motoren ist die Verwendung einer unter dem Namen "Megaphon" bekannten Auspuffvorrichtung, bei welcher es sich um ein Auspuffrohr handelt, dessen Ende trichterförmig aufgeweitet und so ausgelegt ist, daß dem offenen Auspuffkanal zum geeigneten Zeitpunkt eine negative Druckwelle zwecks Verbesserung der Durchspülung zugeführt wird. Länge und Querschnitt dieses Megaphons oder Schalltrichters sind so gehalten, daß negativer Höchstdruck der Auspufföffnung im unteren Kolbentotpunkt zufließt.to an engine with a poorly built exhaust system is the Increase in performance even higher. A well-known method of increasing the performance of two-stroke engines is to use them an exhaust device known under the name "Megaphone", which is an exhaust pipe whose End is widened funnel-shaped and designed so that the open exhaust duct at the appropriate time a negative pressure wave is supplied to improve the flushing. Length and cross section of this megaphone or The horns are held in such a way that the maximum negative pressure flows into the exhaust port at the bottom dead center of the piston.

Ein solcher Schalltrichter verbessert zwar die Motorleistung, dämpft aber nicht das Auspuffgeräusch. Hierzu muß also eine Dämpfungsvorrichtung in Strömungsrichtung hinter dem Schalltrichter eingebaut werden. Im Hinblick auf derartige Systeme ist ferner erkannt worden, daß die Größe der an den Schalltrichter angeschlossenen Kammer wichtig ist und zur Erzielung von Höchstleistungen genau berechnet werden muß.Such a horn improves engine performance, but does not dampen the exhaust noise. So for this you have to have a Damping device in the direction of flow behind the horn to be built in. With regard to such systems, it has also been recognized that the size of the horn connected chamber is important and must be calculated precisely in order to achieve maximum performance.

Die einfache Reihenanordnung eines Schalltrichters mit dahinterliegender Kammer und Dämpfer weist mindestens zwei grundsätzliche Machteile auf. Es ist schwierig, ein solches System körperlich so kompakt zu gestalten- daß es als in sich geschlossene Einheit an kleinen Fahrzeugen, wie Motorrädern und Schneemobilen, verwendet werden kann. Als zweiter und vielleicht bedeutenderer Nachteil kommt hinzu, daßThe simple row arrangement of a bell with the one behind Chamber and damper have at least two fundamental drawbacks. It's difficult to do that To make the system so physically compact that it can be used as a self-contained unit on small vehicles such as motorcycles and snowmobiles, can be used. A second and perhaps more significant disadvantage is that

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der Schalltrichter selbst ein Geräusch erzeugt, das sich im Zuge des Abgasstroms durch den Dämpfer hindurch fortpflanzt. Das von einem Schalltrichter erzeugte Geräusch ist lauter als das aus einem nicht aufgeweiteten Rohr mit gleichem Einlaß- und Auslaßdurchmesscr. E-Di Systemen nach dem Stand der Technik wurde somit dem Dämpfungselement durch den Schalltrichter eine abnormal schwere Dämpfungsarbeit aufgenötigt. the horn itself generates a noise that propagates through the damper in the course of the exhaust gas flow. The sound produced by a bell is louder than that produced by a pipe that has not been expanded same inlet and outlet diameter. E-Di systems In the prior art, an abnormally heavy damping work was thus imposed on the damping element by the horn.

Einer der ersten Schritte, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, war die Überlegung, daß für den Fall, daß das von Schalltrichter erzeugte Geräusch am Durchströmen des Dämpfers gehindert werden kann, ein beträchtlicher Teil der Dämpfungsarbeit ausgeschaltet werden könnte. Der gleiche Dämpfer würde dann ohne unerwünschten, zusätzlichen Gasströmungswiderstand das Auspuffgeräusch auf niedrigere Pegel senken. Hierzu sind normalerweise Veränderungen am Dämpfer, wie der Einbau zusätzlicher Leitbleche erforderlich, wodurch der Gasströmungswiderstand erhöht und die Motorleistung beeinträchtigt wird.One of the first steps leading up to the present invention have led, the consideration was that in the event that the noise generated by the bell is flowing through of the damper can be prevented a considerable Part of the damping work could be turned off. The same damper would then be without any unwanted, additional Gas flow resistance to lower the exhaust noise Lower level. This usually requires changes to the damper, such as the installation of additional baffles, thereby increasing gas flow resistance and affecting engine performance.

Der nächste Schritt war die Erkenntnis, daß die Geräuschentwicklung durch die Anordnung der Regelkammer für den Schalltrichter außerhalb des Gasströmungsweges verringert werden kann, wobei jedoch gleichzeitig erkannt wurde, daß die Anordnung der Regelkammer außerhalb des Gasströmungsweges bei gleichzeitigem Einbau eines Schalltrichters zu großen Schwierigkeiten in Bau und Konstruktion führen würdeThe next step was the realization that the noise reduced by the arrangement of the control chamber for the horn outside the gas flow path can be, but at the same time it was recognized that the arrangement of the control chamber outside of the gas flow path if a bell were installed at the same time, this would lead to great difficulties in construction and construction

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Weitere Überlegungen und Versuche führten zu der hier vorliegenden Ausführungsform. Die Regelkammer liegt außerhalb des Gasströmungsweges und steht damit Über sins einzelne öffnung im Auspuffrohr, das sich durch die Regelkammer hindurch erstreckt, in Verbindung. Über dem Loch in der Regelkammer ist als Nachbildung eines Megaphons eine trichterförmige Haube angebracht. Das Auspuffrohr Verläuft durch die Regelkammer in einen dahinter angeordneten Dämpfer. Der Erfolg dieser Kombination war sehr zufriedenstellend. Regelkammer und Abdeckhaube wirken als Schalltrichter zur Erhöhung der Motorleistung. In der Regelkammer erzeugte zusätzliche Geräusche werden zwar in Richtung auf den Motor zurückgeworfen, aber durch die trichterförmige Abdeckhaube daran gehindert, in Strömungsrichtung auf den Dämpfer zu reflektiert zu werden. Durch Verminderung des dem Dämpfer zugeleiteten Geräusches konnte eine ausreichende Schalldämpfung bei einem unter dem Normalmaß liegenden Gasströmungswiderstand erreicht werden.Further considerations and attempts led to this one present embodiment. The control chamber is outside of the gas flow path and is thus over sins individual Opening in the exhaust pipe, which extends through the control chamber, in connection. Over the hole A funnel-shaped hood is attached to the control chamber as a replica of a megaphone. The exhaust pipe Runs through the control chamber into a damper located behind it. The success of this combination was great satisfactory. Control chamber and cover act as a sound funnel to increase the engine output. In the rule chamber Any additional noise generated is reflected in the direction of the motor, but by the funnel-shaped cover is prevented from being reflected in the direction of flow towards the damper. By Reducing the noise fed to the muffler could provide adequate sound attenuation at a below normal level lying gas flow resistance can be achieved.

Ferner wurde festgestellt, daß das Drehnuxnent bei niedrigen Motordrehzahlen durch eine zweite Regelkammer am Ende des Hauptauspuffrohrs wesentlich verbessert werden kann. Diese zweite Kammer wirft bei niedrigen Motordrehzahlen eine entsprechende Druckwelle zurück. Da das Gesamtsystem am Ende des Hauptauspuffrohrs langer ist als die erste Regellänge, wird eine das Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich steigernde, modifizierte Druckwelle gebildet undIt was also found that the rotation luxnent at low Engine speeds can be significantly improved by a second control chamber at the end of the main exhaust pipe. This second chamber throws back a corresponding pressure wave at low engine speeds. Since the overall system at the end of the main exhaust pipe is longer than the first standard length, a modified pressure wave is formed which increases the torque in the low speed range and

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somit auch die Gesamtleistung erhöht, weil ein Schalltrichter' typischerweise bei niedrigen Motordrehzahlen weniger wirksam ist.thus also increasing the overall performance, because a bell ' is typically less effective at low engine speeds.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:An embodiment of the invention will be explained below. The drawings show:

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Auspuff-Schalldämpfers mit teilweise unterbrochenen Wänden und Schnittdarstellungen, inFig. 1 is a side view of an exhaust silencer according to the invention with partially interrupted walls and sectional views, in

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2-2 nach Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene 3-3 nach Fig. 1.FIG. 2 shows a section in the plane 2-2 according to FIG. 1 and FIG. 3 shows a section in the plane 3-3 according to FIG. 1.

Fig. 1 zeigt einen Auspuff-Schalldämpfer für einen Zweitakt-Motor mit einem im wesentlichen zylindrischen, an den Enden mit den Kopfwänden 11 und 12 verschlossenen Gehäuse Io. Die Kopfwand 12 ist mit einer axialen, durch den nach außen aufgebogenen Flansch 12a gebildeten Einlaßöffnung versehen. In der Längsachse des Gehäuses Io befindet sich ein Auspuffrohr 13, das sich von der öffnung in der Kopfwand 12 innerhalb des Gehäuses Io bis zu einem Punkt ferstreckt, der von der Kopfwand 11 um etwa l/U der Länge zwischen den Kopfwänden 12 und 11 entfernt liegt. In der bevorzugten Ausführungsform weist das Auspuffrohr 13 einen runden Querschnitt über seine ganze Länge auf. Aus Gründen der Gasdichtigkeit ist das Rohr 13 auf seiner Einlaßseite in den Flansch 12a eingeschweißt oder in ähnlicher Form darin befestigt. Fig. 1 shows an exhaust muffler for a two-stroke engine with a substantially cylindrical housing closed at the ends with the head walls 11 and 12 Io. The head wall 12 is provided with an axial through which after outwardly bent flange 12a provided inlet opening formed. In the longitudinal axis of the housing Io there is a Exhaust pipe 13 extending from the opening in the head wall 12 extends within the housing Io to a point of the head wall 11 by about l / U of the length between the Head walls 12 and 11 is removed. In the preferred embodiment, the exhaust pipe 13 has a round cross-section over its entire length. For reasons of gas tightness, the tube 13 is on its inlet side in the Flange 12a welded in or fastened in a similar form therein.

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Das Gehäuse Io wird im Innern durch die drei Trennbleche 19, 2o und 21 in verschiedene Kammern unterteilt, zu denen eine geschlossene Regelkammer 15,, eine Resonanzkammer 16, eine zweite geschlossene Regelkammer 17 und eine Abgassammeikammer 18 gehören. Die Trennbleche 19 bis 21 sind im wesentlichen als runde Scheiben mit einem am Umfang aufgebogenen Flansch so an der Innenwand des Gehäuses Io befestigt, daß kein Gasdurchtritt erfolgen kann. Die Trennbleche 19 und 2o weisen je eine zentrale Flanschöffnung auf, durch welche das Rohr 13 verläuft und gasdicht damit verbunden ist.The housing Io is inside by the three metal dividers 19, 2o and 21 divided into different chambers, to which a closed control chamber 15, a resonance chamber 16, a second closed control chamber 17 and an exhaust collection chamber 18 belong. The separating plates 19 to 21 are essentially round disks with a bent up on the circumference Flange attached to the inner wall of the housing Io so that no gas can pass through. The dividers 19 and 2o each have a central flange opening through which the pipe 13 extends and is connected to it in a gas-tight manner is.

Die erste Regelkammer 15 ist auf der Einlaßseite des Dämpfergehäuses zwischen der Trennwand 19 und der Kopfwand 12 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform umgibt die Regelkammer 15 das Rohr 13 als zylindrische Ringkammer. In die Wand des Rohres 13 ist eine einzelne, sich in axialer und radialer Richtung erstreckende öffnung 2 3 als Verbindung zwischen dem Rohr 13 und der Kammer 15 eingebracht und liegt vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen den Enden der Regelkanuner 15, wobei ihr Querschnitt so ausgelegt ist, daß er ungefähr 7o% des Querschnitts des Rohres 13 ausmacht. Mit einer öffnung in dieser Größe sind bei den Versuchen die besten Ergebnisse erzielt worden, aber es kann auch jeder andere angemessene Öffnungsquerschnitt mit Erfolg verwendet werden.The first control chamber 15 is on the inlet side of the damper housing arranged between the partition 19 and the head wall 12. In the preferred embodiment, the control chamber surrounds 15 the tube 13 as a cylindrical annular chamber. In the wall of the tube 13 is a single, in axial and opening 2 3 extending in the radial direction is introduced as a connection between the tube 13 and the chamber 15 and is located preferably approximately in the middle between the ends of the Regelkanuner 15, wherein its cross section is designed so that it is approximately 7o% of the cross section of the tube 13 makes up. With an opening this size, the trials are the best Results have been obtained, but any other appropriate aperture area can be used with success.

Eine auf dem Rohr 13 befestigte Haube 24 deckt die öffnungA hood 24 fastened on the pipe 13 covers the opening

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im Innern der Regelkammer 15 trichterförmig ab. In der dargestellten Ausführungsform ist die Abdeckhaube durch einen Flansch 2Ua auf der Oberstromseite der Öffnung 2 3 über etwa 3/4 ihres Umfangs befestigt und in Unterstromrichtung zumindest teilweise über die öffnung hinweg aufgeweitet, so daß die offene Seite, der Abdeckhaube 24 auf der Unterstromseite liegt. Die Abdeckhaube 24 wird vorzugsweise so lang ausgeführt, daß sie die öffnung 23 ganz überdeckt und daß ihre Unterstromkante in einer parallel zur Achse des Rohres 13 verlaufenden Ebene liegt. Von der Unterstromseite der Rege!kammer 15 aus in Richtung auf die Kopfwand 12 betrachtet, wird gemäß Fig. 3 von der Unterstromseite der Haube eine im wesentlichen ovale öffnung gebildet. In Verbindung mit einem an das Rohr 13 angeschlossenen Zweitakt-Motor wirkt die trichterförmige Haube 24 als Teil eines Megaphons, Ein Teil der vom Motor ausgehenden Schallwellen tritt nach Andeutung durch die Pfeile in Fig. 1 in die Regelkammer ein, die den Schall bei einer bestimmten Frequenz zurückwirft und "negative Druckwellen" zwecks besserer Spülwirkung zum Motor hin reflektiert. Die Haube 24 wirkt je-r doch als Ablenkvorrichtung und verhindert im wesentlichen das Zurückwerfen von Schallwellen durch die öffnung 2 3 in Strömungsrichtung auf die Kopfwand 11. Die Regelkammer 15 erzeugt daher kein Geräusch und trägt dadurch nicht zur Belastung der Dämpfungselemente bei.in the interior of the control chamber 15 from a funnel shape. In the illustrated Embodiment is the cover by a Flange 2Ua attached to the upstream side of the opening 2 3 over about 3/4 of its circumference and at least in the downstream direction partially widened over the opening so that the open side of the cover 24 is on the downstream side lies. The covering hood 24 is preferably made so long that it completely covers the opening 23 and that its downstream edge lies in a plane running parallel to the axis of the tube 13. From the downstream side of the Rege! Chamber 15 viewed in the direction of the head wall 12, 3, a substantially oval opening is formed from the downstream side of the hood. In connection with a two-stroke engine connected to the pipe 13, the funnel-shaped hood 24 acts as part of a megaphone, Some of the sound waves emanating from the engine enter the control chamber as indicated by the arrows in FIG. 1 one that reflects the sound at a certain frequency and "negative pressure waves" for the purpose of a better flushing effect reflected towards the engine. The hood 24 acts each-r but as a deflection device and essentially prevents sound waves from being reflected back through the opening 2 3 in Direction of flow on the head wall 11. The control chamber 15 therefore does not generate any noise and therefore does not contribute Load on the damping elements.

Die in Strömungsrichtung nächstfolgende Kammer 16 wirdThe next following chamber 16 in the flow direction is

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zwischen den Trennwänden 19 und 2o gebildet, wobei ein zwischen ihnen liegendes Rohrstück des Rohres 13 mit einer Reihe von Löchern 25 versehen ist, damit der Gasstrom und die Schallenergie in die Kammer 16 gelangen können. Die Kammer 16 und die Löcher 25 wirken als Helmholtz-Resonator zwecks Geräuschausschaltung innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches .formed between the partitions 19 and 2o, with a pipe section of the pipe 13 lying between them with a Series of holes 25 is provided so that the gas flow and the sound energy can enter the chamber 16. the Chamber 16 and the holes 25 act as a Helmholtz resonator for the purpose of eliminating noise within a certain frequency range .

Die Kammer 16 steht über eine Reihe von Rohren 26 mit der letzten Kammer 18 in Verbindung. In der dargestellten Ausführungsform sind acht Rohre 26 parallel zum Rohr 13 und gleichmäßig darum verteilt angeordnet, wobei jedes Rohr 26 etwa in der Mitte zwischen der Außenfläche des Rohres 13 und der Innenwandfläche des Gehäuses Io liegt. Die Rohre 26 erstrecken sich durch entsprechende öffnungen in den Trennwänden 2o und 21 und sind gasdicht darin befestigt. Die in der Kammer 16 befindlichen Auspuffgase können daher die Rohre 26 frei durchströmen und somit in die Kammer 18 gelangen. Die zwischen der Trennwand 21 und der Kopfwand 11 liegende Kammer 18 ist mit einem radial vorstehenden Auslaßrohr 27 versehen, durch welches die Auspuffgase das Gehäuse Io verlassen. The chamber 16 communicates with the last chamber 18 via a series of tubes 26. In the illustrated embodiment eight tubes 26 are arranged parallel to tube 13 and evenly distributed around it, with each tube 26 lies approximately midway between the outer surface of the tube 13 and the inner wall surface of the housing Io. The tubes 26 extend through corresponding openings in the partition walls 2o and 21 and are fastened therein in a gas-tight manner. In the The exhaust gases located in the chamber 16 can therefore flow freely through the pipes 26 and thus reach the chamber 18. The one lying between the partition wall 21 and the head wall 11 Chamber 18 is provided with a radially projecting outlet pipe 27 through which the exhaust gases leave the housing Io.

Die noch verbleibende Kammer 17 befindet sich zwischen den Trennwänden 2o und 21. Das Rohr 13 mündet mit seiner Unterstromseite etwa in der Mitte der Kammer 17, wo Einlaß und Auslaß zu bzw. aus der Kammer 17 allein durch das Rohr 13The remaining chamber 17 is located between the partition walls 2o and 21. The downstream side of the pipe 13 opens approximately in the middle of the chamber 17, where the inlet and outlet to and from the chamber 17 only through the pipe 13

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möglich sind. Die Kammer 17 wirkt deshalb als Expansionskammer und sorgt durch Ausdehnung und Zusammenziehung für eine zusätzliche Schalldämpfung. Außerdem wirkt sich die das Auslassende des Auspuffrohres 13 umgebende Kammer 17 insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen steigernd auf die Motorleistung aus.possible are. The chamber 17 therefore acts as an expansion chamber and provides expansion and contraction for additional sound absorption. In addition, the chamber surrounding the outlet end of the exhaust pipe 13 has an effect 17 has an increasing effect on the engine performance, especially at low engine speeds.

Claims

- Io -- Io -

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Claims

- Io - claims:

1.j Exhaust silencer for two-stroke engines, characterized by

a) a substantially cylindrical housing (lo) with an axial opening on one side and an outlet opening (27) on the other side;

b) an exhaust pipe (13) with opposite inlet and outlet openings;

c) Aids for fastening the exhaust pipe (13) in the longitudinal axis of the housing, with its inlet side for connection to the exhaust duct of an engine protrudes beyond the axial opening;

d) Aid for forming a closed control chamber (15) which is arranged within the housing (lo) and at least partially surrounds the exhaust pipe (13) on the inlet side;

e) one leading to the control chamber (15) in the exhaust pipe (13) axially and radially extending single opening (23);

f) a funnel-shaped, inside the control chamber (15) on the exhaust pipe (13) located and the individual opening (23) covering hood through which the Prevents pressure waves from escaping from the control chamber in the direction of flow and at the same time prevents the in energy developed in the control chamber is fed to the motor for the purpose of increasing its output; and

g) in the housing in the direction of flow behind the control

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- li -

chamber (15) arranged soundproofing means.

2. Exhaust silencer according to claim 1, characterized in that the outlet side of the exhaust pipe (13) is open and opens into a second control chamber (17) located in the housing (lo), and wherein an exhaust gas flow path to the housing outlet opening (27) is provided by aids, including holes (25) in the pipe wall between the pipe ends.

3. Exhaust silencer according to claim 2, characterized in that a resonance chamber (16) is arranged in the housing (lo) which at least partially surrounds the pipe (13) between the control chambers (15, 17) and to which the holes ( 25) in the pipe wall.

4. Exhaust silencer according to claim 3, characterized by an exhaust gas collection chamber (18) on the other side of the housing (lo) on the side of the control chamber (17) facing away from the resonance chamber (16), the outlet opening from the gas collection chamber (18) discharges and the resonance chamber (16) is connected to the gas collecting chamber by a series of pipes (26) carrying exhaust gas.

5. Exhaust silencers for two-stroke engines, characterized by

a) a housing;

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b) a pipe;

c) Aids for fastening the pipe in the housing for the purpose of connection to the exhaust port of a Motors;

d) means for forming a chamber located in the housing and on the tube;

e) an opening running axially in the pipe and leading to the chamber for the purpose of introducing the exhaust sound waves in this chamber; and

f) one attached to the upstream edge of the opening in the chamber and in the pipe and in Direction of flow is funnel-shaped at least partially over this opening extending cover hood, by which the exit of reflected sound waves from the chamber away from the engine is essentially prevents and at the same time the sound wave energy developed in this chamber for the purpose of increasing performance is fed to the engine.

6. Device according to claim 5, characterized in that a second chamber is arranged in the housing on the pipe outlet side, through which the sound waves are reflected so that the engine power is increased at low engine speeds.

7. Exhaust device for two-stroke engines, characterized by

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a) an exhaust pipe with an inlet side intended for connection to the exhaust duct of an engine, a Outlet side and one between the inlet and outlet side in the pipe wall and located in Axially extending opening;

b) auxiliary means in the housing for forming a control chamber connected to this opening;

c) one in the control chamber and above this opening funnel-shaped cover as a megaphone or horn to increase engine performance.

8. Device according to claim 7, wherein the cross-section said opening is approximately 70% of the cross section of the exhaust pipe.

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