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HINTERGRUND
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Die vorliegende Offenlegung betritt ein Ansaugsystem für einen Motor. Die
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2010-14079 offenbart ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor und ein durch das Steuergerät gesteuertes Ansaugsystem (d. h. einen Ansaugkrümmer). Dieses Ansaugsystem umfasst einzelne Ansaugdurchgänge, die für die jeweiligen Zylinder vorgesehen sind. Jeder der einzelnen Ansaugdurchgänge verzweigt sich stromaufwärts in einen ersten Ansaugdurchgang und einen zweiten Ansaugdurchgang, und die ersten und zweiten Ansaugdurchgänge kommuniziert jeweils mit einer Volumenkammer in einem Ausgleichstank. Die ersten und zweiten Ansaugdurchgänge eines jeden einzelnen Ansaugdurchgangs konvergieren indessen stromabwärts zu einem Ansaugdurchgang. Die ersten und zweiten Ansaugdurchgänge sind jeweils konfiguriert, um bei einer unterschiedlichen Motorumdrehung einen dynamischen Aufladeeffekt zu erhalten. Ferner ist ein variables Ventil an einem Verzweigungspunkt des ersten und zweiten Ansaugdurchgangs vorgesehen. Dieses Steuergerät ändert kontinuierlich eine Öffnung des variablen Ventils auf der Grundlage eines Laufzustands des Motors, um dynamische Aufladeeffekte zu erzielen und den volumetrischen Wirkungsgrad zwischen der Nähe einer ersten Umdrehung im mittleren Geschwindigkeitsbereich und der Nähe einer zweiten Umdrehung im hohen Geschwindigkeitsbereich zu erhöhen. Somit sieht das Steuergerät den Erhalt eines hohen Motordrehmoments vor.
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KURZDARSTELLUNG
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In dem in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2010-14079 offenbarten variablen Ansaugsystem ist in jedem einzelnen Ansaugdurchgang ein variables Ventil vorgesehen. Daher weist das variable Ansaugsystem einen Nachteil dahingehend auf, dass durch die variablen Ventile und ihre Steuersysteme ein Gewicht und die Herstellungskosten zwangsläufig zunehmen.
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Wenn allerdings zwischen der Volumenkammer und der Innenseite eines jeden der Zylinder eine Kommunikation über einen einzelnen individuellen Ansaugdurchgang eingerichtet wird, wird der dynamische Aufladeeffekt nur bei einer bestimmten Motorumdrehung erhalten. Daher ist ein hohes Motordrehmoment nur in einem engen Geschwindigkeitsbereich verfügbar.
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Eine der Anforderungen an Ansaugsysteme besteht in der Reduktion ihres Gewichts und den Herstellungskosten, sowie in der Zunahme des volumetrischen Wirkungsgrades bei höherer Motorgeschwindigkeit, um ein hohes Motordrehmoment über einen breiten Geschwindigkeitsbereich bei hoher Motorgeschwindigkeit zu erhalten.
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Angesichts des vorgenannten Hintergrunds ist es darum eine Aufgabe der vorliegenden Offenlegung, ein Ansaugsystem eines Motors anzugeben, das den Volumenwirkungsgrad bei hoher Motorgeschwindigkeit erhöht, während Gewicht und Herstellungskosten des Ansaugsystems reduziert werden.
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Eine hier offenbarte Technik umfasst einen Motor, einschließlich von Zylindern, die jeweils mit einer zugehörigen Ansaugöffnung der Ansaugöffnungen kommunizieren, die durch Ansaugventile geöffnet und geschlossen werden, und einen Ansaugkrümmer, der an einem Seitenteil des Motors angebracht ist, wobei der Ansaugkrümmer Folgendes aufweist: einen Ausgleichstank, der eine Volumenkammer definiert; und individuelle Angusskanäle mit (i) stromaufwärtigen Endabschnitten, die an den Ausgleichstank angeschlossen sind, und (ii) stromabwärtigen Endabschnitten, die an die Ansaugöffnungen angeschlossen sind, wobei die einzelnen Angusskanäle einzelne Ansaugdurchgänge definieren, die jeweils einen zugehörigen Zylinder der Zylinder mit der Volumenkammer verbinden.
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Die einzelnen Ansaugdurchgänge umfassen jeweils Folgendes: eine erste Route, einschließlich (i) eines ersten stromaufwärtigen Durchgangs, der sich von der Volumenkammer aus ausdehnt, und (ii) einen stromabwärtigen Durchgang, der sich von dem ersten stromaufwärtigen Durchgang aus fortsetzt und mit dem ein Zylinder verbunden ist, wobei die erste Route eine natürliche Frequenz einer Luftsäule aufweist, die mit einer ersten Umdrehung synchronisiert ist, die höher ist als eine Motorumdrehung für maximales Drehmoment, derart dass ein dynamischer Aufladeeffekt bei der ersten Umdrehung erhalten wird; und eine zweite Route einschließlich (i) eines zweiten stromaufwärtigen Durchgangs, der sich von der Volumenkammer aus erstreckt und sich bis zum stromabwärtigen Durchgang fortsetzt, und (ii) des stromabwärtigen Durchgangs, wobei die zweite Route eine natürlich Frequenz einer Luftsäule aufweist, die mit einer zweiten Umdrehung synchronisiert ist, die höher ist die Motorumdrehung für maximales Drehmoment, derart dass ein dynamischer Aufladeeffekt bei der zweiten Umdrehung erhalten wird, wobei der zweite stromaufwärtige Durchgang von dem ersten stromaufwärtigen Durchgang verschieden ist, und die zweite Umdrehung von der ersten Umdrehung verschieden ist.
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Die erste und zweite Route sind immer offen, ohne Rücksicht auf einen Laufzustand des Motors.
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Der erste stromaufwärtige Durchgang bzw. der zweite stromaufwärtige Durchgang kommunizieren über eine erste Öffnung bzw. eine zweite Öffnung mit der Volumenkammer, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung an einer motorferneren Seitenfläche des Ausgleichstanks offen sind.
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Die erste Öffnung und die zweite Öffnung sind in einer Richtung einer Zylinderachse des Motors angeordnet.
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Dann wird ein Differenz zwischen der ersten und der zweiten Umdrehung auf geringer als oder gleich 15% einer maximalen Motorumdrehung eingestellt.
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Der „dynamische Aufladeeffekt” hat hier den Zweck der Verwendung einer Druckwelle, die auftritt, wenn sich ein Ansaugventil öffnet, und die sich durch jeden einzelnen Ansaugdurchgang fortpflanzt, um die Ansaugluft in den Zylinder hineinzupressen und den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Dieser dynamische Aufladeeffekt ist ein sogenannter inertialer Aufladeeffekt, der eine Druckwelle (d. h. eine erste Pulsierung) nutzt, die einmal zwischen dem unmittelbar stromaufwärtigen Teil des Ansaugventils und der Volumenkammer hin und her läuft. Gemäß dieser Konfiguration weist der einzelne Ansaugdurchgang den stromaufwärtigen Durchgang und einen des ersten stromaufwärtigen Durchgangs oder des zweiten stromaufwärtigen Durchgangs auf. Der stromaufwärtige Durchgang weist eine Ansaugöffnung auf. In den einzelnen Ansaugdurchgängen ist die erste Route einschließlich erstem stromaufwärtigem Durchgang und stromauwärtigem Durchgang jeweils konfiguriert, um einen dynamischen Aufladeeffekt bei der ersten Umdrehung zu erhalten, und der zweite Weg, einschließlich zweitem stromaufwärtigem Durchgang und stromabwärtigem Durchgang ist konfiguriert, um einen dynamischen Aufladeeffekt bei der zweiten Umdrehung zu erhalten. Die erste Umdrehung und die zweite Umdrehung sind höher als die Motorumdrehung für maximales Drehmoment. Sowohl die erste als auch die zweite Route sind immer offen, ohne Rücksicht auf einen Laufzustand des Motors. Ferner sind der erste und der zweite stromaufwärtige Durchgang parallel zueinander an die Seitenfläche des Ausgleichstanks motorferner angeschlossen – d. h. auf der gleichen Seitenfläche des Ausgleichstanks.
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, dass in dem Ansaugsystem mit der obigen Konfiguration der volumetrische Wirkungsgrad über einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich bei hoher Motorgeschwindigkeit, oberhalb der Motorumdrehung für maximales Drehmoment, einschließlich erster und zweiter Umdrehung, erhöht werden kann, wenn die Differenz zwischen der ersten und zweiten Umdrehung weniger oder gleich 15% der maximalen Motorumdrehung beträgt.
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Genauer gesagt ist die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Umdrehung relativ gering, wenn die Differenz innerhalb des 15-Prozent-Bereichs eingestellt wird. Die geringe Differenz bewirkt (i) eine natürliche Frequenz einer Luftsäule für die Druckwelle, die sich durch die erste Route ausbreitet, und (ii) eine natürliche Frequenz einer Luftsäule für die Druckwelle, die sich durch die zweite Route ausbreitet, um einander relativ nahe zu kommen. Daher ermöglichen es die relativ nahe beieinander liegenden natürlichen Frequenzen, dass eine nachteilige Auswirkung aufgrund der Interferenz zwischen den Druckwellen, die sich durch die jeweiligen Routen ausbreiten, verringert wird, und die von beiden Druckwellen verursachten dynamischen Aufladeeffekte effektiv erreicht werden. Außerdem weisen die einzelnen Ansaugdurchgänge jeweils zwei Durchgänge stromaufwärts auf. Dies erhöht den Querschnitt der Durchgänge und vermindert den Druckverlust der Ansaugluft. Folglich kann der volumetrische Wirkungsgrad über einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich erhöht werden, bei hoher Motorgeschwindigkeit oberhalb der Motorumdrehung für maximales Drehmoment, einschließlich der ersten und zweiten Umdrehung. Als Ergebnis kann sich das Drehmoment des Motors über einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich bei hoher Motorgeschwindigkeit erhöhen.
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Außerdem ermöglicht es das Ansaugsystem, dass die ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgänge immer offen sind, ohne Rücksicht auf einen Laufzustand des Motors, und beseitigt somit das Erfordernis eines einem variablen Ventil entsprechenden Elements, nicht wie bei einem typischen variablen Ansaugsystem. Daher können Gewicht und Herstellungskosten des Ansaugsystems für das beseitigte Element und das Steuersystem des Elements verringert werden.
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Ein typisches variables Ansaugsystem ist ausgelegt auf Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrads über einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich, der von einem Niedergeschwindigkeitsbereich zu einem Hochgeschwindigkeitsbereich reicht, durch relatives Erhöhen der Differenz zwischen Umdrehungen, bei denen die dynamischen Aufladeeffekte mit jeweils zwei Durchgängen erhalten werden, und durch Öffnen und Schließen von einem der Durchgänge mit einem variablen Ventil. Das Ansaugsystem gemäß der vorliegenden Konfiguration beabsichtigt jedoch die Zunahme des volumetrischen Wirkungsgrads über einen breiten Geschwindigkeitsbereich bei hoher Motorgeschwindigkeit durch relatives Reduzieren der Differenz zwischen Umdrehungen, bei denen dynamische Aufladeeffekte bei hoher Motorgeschwindigkeit erhalten werden, und durch immerwährendes Öffnen, und nicht Öffnen und Schließen, der ersten und zweiten Route.
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Außerdem sind der erste und zweite stromaufwärtige Durchgang an die gleiche Seitenfläche des Ausgangstanks angeschlossen. Dies ermöglicht eine relative Abnahme der Differenz in der Länge zwischen der ersten und zweiten Route. Diese Konfiguration ist von Vorteil bei der Reduktion der Differenz zwischen der ersten und zweiten Umdrehung, die die dynamischen Aufladeeffekte erzielen können.
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Ferner sind die Öffnungsenden des ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgangs an eine Seite der Volumenkammer angeschlossen. Dies ist von Vorteil beim Einströmen der Ansaugluftströme, die von der Volumenkammer in der gleichen Richtung in den ersten stromaufwärtigen Durchgang und den zweite stromaufwärtigen Durchgang eingeströmt sind. Dies ermöglicht ein problemloses Zusammentreffen der durch die Durchgänge strömenden Ansaugluftströme.
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Weiterhin können eine Differenz D und ein Durchmesser R eine Beziehung von 1 < D/R ≤ 2 erfüllen, wenn der Durchmesser ein Durchmesser eines echten Kreises ist, der einer Querschnittfläche des stromabwärtigen Durchgangs entspricht, und die Differenz D ist ein Differenz in der Länge zwischen der ersten und zweiten Route.
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben daraus festgestellt, dass wenn die Differenz D in der Länge zwischen der ersten Route und der zweiten Route und der Durchmesser R des stromabwärtigen Durchgangs die Beziehung (1 < D/R ≤ 2) erfüllen, die Differenz zwischen der ersten Umdrehung und der zweiten Umdrehung relativ klein wird, und, wie zuvor gesehen, das Drehmoment in einem Geschwindigkeitsbereich oberhalb der Motorumdrehung für maximales Drehmoment zunimmt. Dieser Ausdruck der Beziehung bedeutet, dass die erste und die zweite Umdrehung, wo der dynamische Aufladeeffekt erhalten wird, sich gegenseitig relativ nahe sind (d. h. ein Obergrenze) und dass der erste und der zweite stromaufwärtige Durchgang ohne gegenseitige Interferenz angeordnet werden können (d. h. eine Untergrenze).
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Ferner kann der Durchmesser R ein Durchmesser eines echten Kreises sein, der einer kleinsten Querschnittsfläche für jeden der einzelnen Angusskanäle, der den stromabwärtigen Durchgang definiert, entspricht.
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Wenn der auf diese Weise gewählte Durchmesser die Beziehung erfüllt, kann das zu erhaltende Ansaugsystem geeignet sein, um die obigen Effekte zu erzielen.
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Außerdem ist jeder der ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgänge konfiguriert, um sich von der Seitenfläche des Ausgleichstanks aus weiter vom Motor in einer motorfernen Richtung zu entfernen und um dann an den stromabwärtigen Durchgang anzuschließen.
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Diese Konfiguration ist weiterhin von Vorteil beim Strömen in der gleichen Richtung der Ansaugluftströme, die in den ersten stromaufwärtigen Durchgang und den zweiten stromaufwärtigen Durchgang von dem Ausgleichstank eingeströmt sind. Folglich ermöglicht die Konfiguration ein problemloses Zusammentreffen der Ansaugluftströme, die die jeweiligen Durchgänge passiert haben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Draufsicht, die allgemein erläutert, wie ein mit einem Ansaugsystem gemäß einer Ausführungsform ausgestatteter Motor in einem Fahrzeug befestigt ist.
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2 ist eine perspektivische Ansicht von links hinten des Fahrzeugs, und erläutert einen Ansaugkrümmer, der in dem Ansaugsystem mitumfasst ist.
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3 ist eine allgemeine Ansicht, die einen vertikalen Schnitt des am Motor befestigten Ansaugkrümmers erläutert.
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4 ist eine Draufsicht und erläutert allgemein einen Abgaskrümmer des Motors.
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5 ist ein Graph und erläutert einen Vergleich zwischen dem Motordrehmoment, das erzeugt wird, wenn der Ansaugkrümmer gemäß der Ausführungsform verwendet wird, und einem anderen Motordrehmoment, das erzeugt wird, wenn ein Ansaugkrümmer gemäß einer typischen Konfiguration verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Eine Ausführungsform eines Ansaugsystems eines Motors wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgende bevorzugte Ausführungsform ist im Wesentlichen nur ein Beispiel.
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Ein Motor 10 gemäß dieser Ausführungsform ist ein Fremdzündungsmotor. Angebracht an den Seiten des Motors 10 sind ein in ein Ansaugsystem 2 eingeschlossener Ansaugkrümmer 20 und ein Abgaskrümmer 40.
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1 erläutert, wie der Motor 10 mit dem daran angebrachten Ansaugkrümmer 20 an einem Fahrzeug V befestigt ist. In dieser Ausführungsform ist der Motor 10 längs in dem Motorkompartiment im vorderen Teil des Fahrzeugs V befestigt, d. h. zwischen dem rechten und dem linken vorderen Seitengestell 7, die sich in der Richtung von vorne nach hinten des Fahrzeugs erstrecken. In dem Motorkompartiment ist der Motor 10 vor einem Tunnelabschnitt, d. h. einem Abschnitt unterhalb einer Senke 3a, die unterhalb des Mittelteils vorgesehen ist, einer Trennwand 3 in der Fahrzeugbreiterichtung angeordnet. Zu beachten ist, dass das Fahrzeug V eine Frontmotor-Hinterradantrieb(FR)-Anordnung aufweist.
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In dieser Ausführungsform ist der Motor 10 ein Vierzylindermotor. Vier Zylinder 11 sind in Serie in Richtung des Fahrzeugs von vorne nach hinten angeordnet. Genauer gesagt, wie in 1 erläutert, weist der Motor 10 in der Reihenfolge von vorne aus (d. h. zur Linken des Betrachters in 1) einen ersten Zylinder 11, einen zweiten Zylinder 11, einen dritten Zylinder 11, und einen vierten Zylinder 11 auf. Hierin im Folgenden, es sei denn die Umstände sind außergewöhnlich, ist die Konfiguration des dritten Zylinders 11, der in einer Querschnittansicht in 3 erläutert ist, der vier Zylinder 11 speziell beschrieben, und dieser dritte Zylinder 11 wird einfach als „Zylinder 11” bezeichnet. Die anderen Zylinder weisen die gleiche Konfiguration wie der dritte Zylinder 11 auf. Der Ansaugkrümmer 20, der aus Harz hergestellt ist, ist an der linken Seitenfläche des Motors 10 bezüglich des Fahrzeugs befestigt. Der im Folgenden beschriebene Abgaskrümmer 40 (in 1 weggelassen) ist indes an der rechten Seitenfläche des Motors bezüglich des Fahrzeugs befestigt.
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Speziell besitzt der Motor 10 eine Zylinderblock (nicht gezeigt), der mit den vier Zylindern 11 vorgesehen ist, und einen auf diesem Zylinderblock angeordneten Zylinderkopf 17 (siehe 3). Jeder der Zylinder 11 in Motor 10 besitzt einen Kolben (nicht gezeigt), der darin umgekehrt eingeführt ist. Dieser Kolben ist mit der Kurbelwelle über eine Pleuelstange verbunden.
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Für jeden der Zylinder 11 besitzt der Zylinderkopf 17 (i) zwei Ansaugöffnungen 12 und zwei Absaugöffnungen 13, und (ii) Ansaugventile 14 und Abgasrückführungsventile (nicht gezeigt), die an den jeweiligen Ansaugöffnungen 12 und Absaugöffnungen 13 angeordnet sind. Die Ansaugventile 14 und die Abgasrückführungsventile öffnen und schließen die Öffnungen dieser Ansaugöffnungen 12 und Absaugöffnungen 13 zum Zylinder 11. Die Ansaugventile 14 werden durch ein Ansaugventil-Antriebsmechanismus angetrieben, und die Abgasrückführungsventile werden durch einen Abgasrückführungsventil-Antriebsmechanismus angetrieben.
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Wenn der Motor 10 in Betrieb ist, werden für jeden Zylinder 11 jeweils ein Ansaugtakt, ein Verdichtungstakt, ein Arbeitstakt und ein Absaugtakt zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeübt. In dieser Ausführungsform werden die Takte in der Reihenfolge des ersten Zylinders 11, des dritten Zylinders 11, der vierten Zylinders 11 und des zweite Zylinders 11 ausgeführt.
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Der Ansaugkrümmer 20 des Motors 10 mit der obigen Konfiguration weist einen Ausgleichstank 22 auf. Ein Ansaugluft-Einleitungsgang 36 erstreckt sich von einem oberen Teil des Ausgleichstanks 22 in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs. Vorgesehen an einem spitzen Abschnitt (d. h. an einem Endabschnitt vorne am Fahrzeug) des Ansaugluft-Einführungsgangs 36 ist ein Drosselkörper 60 mit einem Drosselventil. Dieser Drosselkörper 60 ist mit einer Leitung 66 verbunden, die mit der Ansaugung verbunden ist und sich von einem vorderen Endabschnitt des Fahrzeugs V in Richtung seiner Hinterseite erstreckt. Ein Luftreiniger 65 ist an einem Punkt der Leitung 66 vorgesehen. Somit hat die Ansaugluft, die in die Leitung 66 eingesaugt wird, den durch den Drosselkörper 60 definierten Durchgang, und den Ansaugluft-Einleitungsgang 36 zu passieren, um in den Ausgleichstank 22 eingeleitet zu werden.
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2 erläutert ein Aussehen des Ansaugkrümmers 20 und 3 erläutert eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A (siehe Pfeil A in 2) des Ansaugkrümmers 20, der an dem Motor 10 befestigt ist. Speziell ist 3 eine Querschnittansicht, die den dritten Zylinder 11 längs schneidet. Zu beachten ist, dass für den Ansaugkrümmer 20, der nachstehend beschrieben ist, die Begriffe vorne, hinten, rechts, links, oben und unten diejenigen sind, die verwendet werden, wenn der Ansaugkrümmer 20 an dem Fahrzeug V befestigt ist. Die Begriffe sind die gleichen wie diejenigen für das Fahrzeug V.
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Hier sind „stromaufwärts” und „stromabwärts” auf der Grundlage der Richtung eines Luftstroms definiert, wenn der Motor 10 in Betrieb ist.
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Der Ansaugkrümmer 20 weist den Ausgleichstank 22 auf, der eine Volumenkammer 21 definiert. Wie in 3 erläutert, ist diese Volumenkammer 21 durch eine Innenwand des Ausgleichstanks 22 als ein Raum aufgeteilt, der sich in der Richtung von vorne nach hinten erstreckt, und in etwa zu einem Rechteck geformt ist.
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Mit dem Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform, der an dem Motor 10 befestigt ist, durchläuft die in die Volumenkammer 21 eingeleitete Ansaugluft vier einzelne Ansaugdurchgänge 23 und die Ansaugöffnungen 12 und strömt dann in die Zylinder 11 ein.
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Hier stellt jeder der vier einzelnen Ansaugdurchgänge 23 getrennt die Kommunikation zwischen der Innenseite eines zugehörigen Zylinders der vier Zylinder 11 und dieser Volumenkammer 21 bereit.
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Der Ansaugkrümmer 20 ist daher mit vier einzelnen Angusskanälen 24 ausgestattet, einschließlich der jeweiligen einzelnen Ansaugdurchgänge 23, die jeweils für einen zugehörigen Zylinder der Zylinder 11 des Motors 10 vorgesehen sind.
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Die vier einzelnen Angusskanäle 24 sind in der Richtung von vorne nach hinten angeordnet und jeweils einem der Zylinder 11 zugeordnet. Ein stromaufwärtiger Endabschnitt von jedem einzelnen Ansaugkrümmer 24 ist an die linke Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 angeschlossen. Ferner ist an einem stromabwärtigen Endabschnitt eines jeden einzelnen Ansaugkrümmers 24 ein Öffnungsende 25d vorgesehen. Vorgesehen in der Nähe des Öffnungsendes 25d ist eine Befestigungseinrichtung 27, die mit dem Motor 10 verbindbar ist.
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Wie nachstehend beschrieben, definiert jeder der vier einzelnen Ansaugkrümmer Folgendes: einen ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a, der sich von der Volumenkammer 21 aus erstreckt; einen zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25b, der sich seitlich von dem ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a von der Volumenkammer 21 aus erstreckt und sich mit dem ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a vereinigt; und einen stromabwärtigen Durchgang 25c, der sich kontinuierlich von dem ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25a und 25b bis zum Öffnungsende 25d erstreckt. Mit anderen Worten verzweigt sich jeder der vier einzelnen Ansaugdurchgänge 23 stromabwärts in zwei Routen. Eine erste Route 23a einschließlich des ersten stromaufwärtigen Durchgangs 25a und des stromabwärtigen Durchgangs 25c; und eine zweite Route 23b einschließlich des zweiten stromaufwärtigen Durchgangs 25b und des stromabwärtigen Durchgangs 25c.
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Speziell sind die vier einzelnen Angusskanäle 24 in der Richtung von vorne nach hinten angeordnet und erstrecken sich in einer Krümmung von der linken Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 in die Richtung nach oben rechts, um die Oberseite des Ausgleichstanks 22 zu überdecken. Aufgrund dieser Konfiguration, wie in 3 erläutert, weisen die einzelnen Angusskanäle 24 einen vertikalen Abschnitt in einer näherungsweisen C-Form auf und erstrecken sich von links über den Ausgleichstank 22, so dass sie den Ausgleichstank 22 bedecken. Dann weist jeder der einzelnen Ansaugkrümmer 24 zwei Rohre auf, nämlich ein erstes stromaufwärtiges Rohr 24a und ein zweites stromaufwärtige Rohr 24b. Das erste und das zweite stromabwärtige Rohr 24a und 24b erstrecken sich in einer Krümmung an und in der Nähe des stromabwärtigen Endabschnitts von der linken Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 aus in der Richtung nach links oben. In dieser Ausführungsform ist das erste stromabwärtige Rohr 24a oberhalb des zweiten stromabwärtigen Rohrs 24b angeordnet. Beide Rohre 24a und 24b sind zu einem näherungsweise gekrümmten Rohr geformt, das vertikal angeordnet und mit dem Ausgleichstank 22 verbunden ist. Das Rohr 24a definiert den ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a und das Rohr 24b definiert den zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25b.
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Zu beachten ist, dass ein Verbindungsteil zwischen der linken Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 und den ersten und zweiten stromaufwärtigen Rohren 24a und 24b mit einer ersten Öffnung 22a und einer zweiten Öffnung 22b für jeden der einzelnen Angusskanäle 24 vorgesehen ist. Diese erste Öffnung 22a und zweite Öffnung 22b sind in der vertikalen Richtung des Motors angeordnet (d. h. in der Richtung einer Zylinderachse des Motors). Der erste stromaufwärtige Durchgang 25a bzw. der zweite stromaufwärtige Durchgang 25b weisen die erste Öffnung 22a bzw. die zweite Öffnung 22b als die stromaufwärtigen Enden auf und sind verbunden und kommunizieren mit der Volumenkammer 21.
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Wie vorstehend beschrieben, ist der Ansaugkrümmer 20 an einer linken Seitenfläche des Motors 10 bezüglich des Fahrzeugs angebracht. Daher sind in dem Ansaugkrümmer 20, der an den Motor 10 angeschlossen ist, sowohl die erste als auch die zweite Öffnung 22a und 22b, die sich auf der linken Seite des Ausgleichstanks 22b öffnen, auf der motorferneren Seitenfläche des Ausgleichstanks 22b bereitzustellen, d. h. auf einer Fläche, die beabstandet von dem Motor 10 angeordnet ist.
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Somit haben sich sowohl das erste als auch das zweite stromaufwärtige Rohr 24a und 24b, die an die gleiche Seitenfläche angeschlossen sind, in eine Richtung weg von Motor 10 und in die Nähe der stromaufwärtigen Endabschnitte auszudehnen. Daher erstrecken sich der erste und zweite stromaufwärtige Durchgang 25a und 25b in eine Richtung weg von Motor 10 und schließen dann an den stromabwärtigen Durchgang 25c an.
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Wie in 3 erläutert, erstrecken sich sowohl das erste als auch zweite stromabwärtige Rohr 24a und 24b in einer Krümmung von der linken Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 in Richtung nach links oben und treffen sich dann ungefähr links von Ausgleichstank 22. Ein Teil zwischen einem Zusammentreffabschnitt des ersten und zweiten stromaufwärtigen Rohres 24a und 24b und des stromabwärtigen Endabschnittes am einzelnen Angusskanal 24 ist so konfiguriert, dass er für jeden Zylinder 11 das stromabwärtige Rohr 24c ist. Dieses stromabwärtige Rohr 24c, das den stromabwärtigen Durchgang 25c definiert, ist zu einem einzigen gekrümmten Rohr geformt, das sich in einem näherungsweise kreisförmigen Bogen erstreckt, so dass es in einer Krümmung über den Ausgleichstank 22 hinweg in Richtung seiner Rechten verläuft. Dieses stromabwärtige Rohr 24c ist mit den Ansaugöffnungen 12 des Motors 10 über die Befestigungseinrichtung 27 verbunden.
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Wie in 3 erläutert, ist die zweite Öffnung 22b unter der ersten Öffnung 22a vorgesehen. Daher muss sich der zweite stromaufwärtige Durchgang 25b, der sich von der zweiten Öffnung 22b aus erstreckt, unterhalb des ersten stromaufwärtigen Durchgangs 25a erstrecken, der sich von der ersten Öffnung 22a aus erstreckt. Als Ergebnis ist die Länge L12 des zweiten stromaufwärtigen Durchgangs 25b (d. h. die Länge L12 zwischen der zweiten Öffnung 22b und dem Zusammentreffabschnitt des ersten stromaufwärtigen Durchgangs 25a) um die Länge länger als eine Länge L11 des ersten stromaufwärtigen Durchgangs 25a (d. h. die Länge L11 zwischen der ersten Öffnung 22a und dem Zusammentreffabschnitt bis zum zweiten stromabwärtigen Durchgang 25b), die sich weiter oben als der erste stromaufwärtige Durchgang 25a erstreckt (d. h. L12 > L11).
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Weiterhin ist die Befestigungseinrichtung 27 am und nahe am stromabwärtigen Endabschnitt eines jeden stromabwärtigen Rohres 24c angeordnet. Die Befestigungseinrichtung 27, die sich in der Richtung von vorne nach hinten erstreckt, wird zum Befestigen des Ansaugkrümmers 20 am Zylinderkopf 17 des Motors 10 verwendet. Diese Befestigungseinrichtung 27 ist oberhalb und beabstandet vom Ausgleichstank 22 angeordnet. Ein Endabschnitt der Befestigungseinrichtung 27 in der Nähe des Motors (d. h. rechts) ist mit einem Bolzen 28 auf der linken Seitenfläche des Zylinderkopfes 17 des Motors 10 befestigt.
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Wie weiterhin in den 2 und 3 erläutert, sind die unteren Abschnitte des stromabwärtigen Rohres 24c und der Befestigungseinrichtung 27 und ein oberer Abschnitt des Ausgleichstanks 22 über eine Brücke 29, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt, integral miteinander verbunden.
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Wenn die Befestigungseinrichtung 27 auf der linken Seitenfläche des Zylinderkopfes 17 des Motors 10 befestigt ist, sind der stromabwärtige Durchgang 25c für jeden einzelnen Angusskanäle 24 und die Ansaugöffnungen 12, die für den Zylinderkopf 17 für jeden Zylinder 11 vorgesehen sind, verbunden und kommunizieren miteinander. Wie vorstehend beschrieben, sind zwei Ansaugöffnungen 12 für jeden Zylinder 11 vorgesehen. Ein Kreis mit einer Punkt-Punk-Strich-Linie von 3 zeigt, dass für jeden stromabwärtigen Durchgang 25c das Öffnungsende 25d, das mit den Ansaugöffnungen 12 zu verbinden ist, in zwei Hälften getrennt ist, um auf die zwei Ansaugöffnungen 12 zu passen.
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Der erste stromabwärtige Durchgang 25a, der zweite stromabwärtige Durchgang 25b und der stromabwärtige Durchgang 25c, der durch jeden einzelnen Angusskanäle 24 definiert ist, und die Ansaugöffnungen 12 des Motors 10 konfigurieren einen einzelnen Ansaugdurchgang 23. Jeder der vier einzelnen Ansaugdurchgänge 23 sieht getrennt eine Kommunikation vor zwischen der Innenseite eines zugehörigen Zylinders von vier Zylindern 11 und der Volumenkammer 21.
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Jeder der einzelnen Ansaugdurchgänge 23 weist Folgendes auf: die erste Route 23a mit dem ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a, dem stromabwärtigen Durchgang 25c und den Ansaugöffnungen 12; und die zweite Route 23b mit dem zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25b, dem stromabwärtigen Durchgang 25c und den Ansaugöffnungen 12.
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Wenn daher der Motor 10 mit angebrachtem Ansaugkrümmer 20 angetrieben wird, hat die Ansaugluft, die in die Volumenkammer 21 eingeströmt ist, nacheinander eine von der ersten Route 23a oder der zweiten Route 23b und jede Ansaugöffnung 12 als Reaktion auf das Öffnen und Schließen der Ansaugventile 14 von jedem Zylinder 11 zu passieren. Dann ist die Ansaugluft in jeden Zylinder 11 einzuleiten, wie durch die Punkt-Strich-Linie, die in 3 erläutert ist, gezeigt.
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Ferner ist im Gegensatz zu einem typischen variablen Ansaugsystem der Ansaugkrümmer 20 nicht mit einem variablen Ventil ausgestattet. Sowohl die erste als auch zweite Route 23a und 23b sind immer offen, ohne Rücksicht auf einen Laufzustand des Motors 10.
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Zu beachten ist, dass, wie vorstehend beschrieben, die ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgänge 25a und 25b in der Nähe der ersten und zweiten Öffnung 22a und 22b näherungsweise parallel zueinander verlaufen. Somit müssen die Ansaugluftströme, die von der Volumenkammer 21 aus gerade in den ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25a und 25b eingetreten sind, näherungsweise parallel zueinander verlaufen.
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Außerdem erstreckt sich, wie vorstehend beschrieben, der zweite stromaufwärtige Durchgang 25b nach oben, entfernter als der erste stromabwärtige Durchgang 25a. Somit erstreckt sich eine Länge L2 (d. h. L12 + L10) der zweiten Route 23b, die den zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25b und den stromabwärtigen Durchgang 25c aufweist, weiter als eine Länge L1 (d. h. L11 + L10) der ersten Route 23a, die den ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a und den stromabwärtigen Durchgang 25c aufweist. Hierin im Folgenden ist die Differenz in der Länge zwischen der zweiten Route 23b und der ersten Route 23a mit D bezeichnet (d. h. L2 – L1 = L12 – L11 > 0). Zu beachten ist, dass sich in jedem einzelnen Ansaugdurchgang 23 die erste und die zweite Route 23a und 23b die Ansaugöffnungen teilen. Daher ist die Länge von jeder Ansaugöffnung 12 ausgeschlossen, wenn die Differenz in der Länge zwischen den Routen berechnet wird.
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Ferner weisen der erste stromaufwärtige Durchgang 25a und der zweite stromaufwärtige Durchgang 25b in der Nähe eines Abschnitts, der mit der Volumenkammer 21 kommuniziert, ungefähr die gleiche Querschnittfläche auf. Der stromabwärtige Durchgang 25c weist indes im Allgemeinen ungefähr die gleiche Querschnittfläche auf wie diejenige des ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgangs 25a und 25b. Allerdings ist der stromabwärtige Durchgang 25c so konfiguriert, dass er in der Nähe der Befestigungseinrichtung 27 eine kleinere Querschnittfläche als diejenigen des ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgangs 25a und 25b aufweist. Die Querschnittfläche des stromabwärtigen Durchgangs 25c – d. h. die Querschnittfläche S eines Bereichs, der von der Innenwand des stromabwärtigen Rohres 24c umgeben ist – ist am Öffnungsende 25d die kleinste. Hierin im Folgenden ist S die Querschnittfläche des stromabwärtigen Durchgangs 25c am Öffnungsende 25d. Wie vorstehend beschrieben, ist das Öffnungsende 25d zweigeteilt. Daher ist die Querschnittfläche S hier die Summe der Querschnittflächen der zwei Öffnungsenden 25d, in die sie aufgeteilt wurde. Hierin im Folgenden wird der Durchmesser R der Querschnittfläche als ein Betrag verwendet, um die Größe der Querschnittfläche von jedem einzelnen Ansaugdurchgang 23 zu charakterisieren. In dieser Ausführungsform entspricht der Durchmesser einem echten Kreis, der der Querschnittfläche S entspricht – d. h. der Durchmesser eines echten Kreises, dessen Fläche die gleiche ist wie die Summe der Querschnittflächen der Öffnungsenden 25d – ist als der Durchmesser definiert R. Speziell wird der Durchmesser R des Öffnungsendes 25d des stromabwärtigen Durchgangs 25c durch folgenden Ausdruck erhalten: S = π·(R/2)·(R/2), wobei π das Umfangsverhältnis ist.
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Die erste Route 23a und die zweite Route 23b gemäß dieser Ausführungsform sind in der Länge unterschiedlich. Aufgrund dieses Unterschieds ist jede der Routen konfiguriert, um einen dynamischen Aufladeeffekt zu erreichen (d. h. hauptsächlich einen inertialen Aufladeeffekt, allerdings einschließlich eines Resonanzaufladeeffekts, bei einer unterschiedlichen Motorumdrehung). Untersucht wird hier ein dynamischer Aufladeeffekt, der aus der ersten Route 23a erhalten wird. Eine Druckwelle, die zusammen mit dem Öffnungsvorgang der Ansaugventile 14 erzeugt wird, pflanzt sich durch die erste Route 23a fort und läuft dann zwischen den unmittelbar stromaufwärtigen Abschnitten der Ansaugventile 14 für die Ansaugöffnungen 12 und der Volumenkammer 21 hin und her. Der Motor 10 und sein Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform zwingen die Ansaugluft zum Einströmen in einen Zylinder 11, in dem die Druckwelle, die erzeugt wird, wenn sich die Ansaugventile 14 öffnen, dazu gebracht wird, einmal hin und her zu laufen, um zu dem unmittelbar stromaufwärtigen Abschnitt der Ansaugventile 14 zurückzukehren (d. h. durch eine erste Pulsierung, bevor die Ansaugventile 14 geschlossen werden). Dies ermöglicht Zunahme im volumetrischen Wirkungsgrad, und als Ergebnis nimmt das Drehmoment des Motors 10 zu. Ein solcher dynamischer Aufladeeffekt ist zu erhalten, wenn der Motor 10 bei einer vorbestimmten Umdrehung läuft, die auf der Grundlage einer Form des Ansaugkrümmers 20 bestimmt wird.
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Wenn der Motor bei einer vorbestimmten ersten Umdrehung V1 läuft, ist die erste Route 23a so konfiguriert, dass sie eine natürliche Frequenz der Luftsäule, die mit der ersten Umdrehung V1 synchronisiert ist, aufweist, derart, dass ein dynamischer Aufladeeffekt für den Zylinder 11 vorgesehen wird, der mit der ersten Route 23a verbunden ist und kommuniziert. Diese erste Umdrehung V1 wird auf der Grundlage beispielsweise der Form des Ausgleichstanks 22 und der ersten Route 23a bestimmt. In dieser Ausführungsform ist die erste Umdrehung V1 höher eingestellt als die Motorumdrehung Vt (d. h. Vt < V1) (hierin im Folgenden als Motorumdrehung für maximales Drehmoment bezeichnet), die es ermöglicht, dass der Motor 10 das maximale Drehmoment erzeugt.
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Wenn der Motor 10 bei einer vorbestimmten zweiten Umdrehung V2 läuft, ist die zweite Route 23b ebenfalls so konfiguriert, um eine natürliche Frequenz der Luftsäule aufzuweisen, die mit der zweiten Umdrehung V2 synchronisiert ist, derart, dass der dynamische Aufladeeffekt für den Zylinder 11 vorgesehen wird, der mit der zweiten Route 23b verbunden ist und mit ihr kommuniziert. Diese zweite Umdrehung V2 wird auf der Grundlage beispielsweise der Form des Ausgleichstanks 22 und der zweiten Route 23b bestimmt. In dieser Ausführungsform ist die zweite Umdrehung V2 höher eingestellt als die Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment und niedriger als die erste Umdrehung V1 (d. h. Vt < V2 < V1). Eine Umdrehungsdifferenz Vd zwischen der ersten Umdrehung V1 und V2 wird auf der Grundlage der Differenz in der Form zwischen der ersten und zweiten Route 23a und 23b bestimmt. Die zweite Route 23b schließt den ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a nicht ein, sondern den zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25b und ist länger als die erste Route 23a. Daher ist die Motorumdrehung, um den dynamischen Aufladeeffekt zu erreichen, für die zweite Route 23b niedrig.
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Zu beachten ist, dass in dieser Ausführungsform die Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment ungefähr in der Mitte des für den Motor 10 eingestellten Motorumdrehungsbereichs liegt. Daher ist der Ansaugkrümmer 20 so konfiguriert, dass die Umdrehungsdifferenz Vd geringer oder gleich 15% der Obergrenze der Motorumdrehung Ve (hierin im Folgenden als maximale Motorumdrehung bezeichnet) eingestellt ist, die für den Motor 10 eingestellt ist. Speziell ist der Ansaugkrümmer 20 konfiguriert, um die Beziehung „Vd/Ve = (V1 – V2)/Ve ≤ 0,15” zu erfüllen (hierin im Folgenden als Beziehung F bezeichnet). Dies bedeutet, dass die Motorumdrehung V1, wo der dynamische Aufladeeffekt durch die erste Route 23a erhalten wird, und die Motorumdrehung V2, wo der dynamische Aufladeeffekt durch die zweite Route 23b erhalten wird, relativ eng beieinander liegen. Wie vorstehend beschrieben, sind die erste Öffnung 22a des ersten stromaufwärtigen Durchgangs 25a, der die erste Route 23a definiert, und die zweite Öffnung 22b des zweiten stromaufwärtigen Durchgangs 25b, der die zweite Route 23b definiert, auf der gleichen Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 motorferner parallel zueinander in der Richtung der Zylinderachse angeordnet. Daher wird die Differenz D zwischen der Länge L1 der ersten Route 23a und der Länge L2 der zweiten Route 23b relativ klein. Durch die Abnahme in der Differenz D nähern sich die erste Umdrehung V1, wo der dynamische Aufladeeffekt durch die erste Route 23a erreicht wird, und die zweite Umdrehung V2, wo der dynamische Aufladeeffekt durch die zweite Route 23b erreicht wird, einander, und die resultierende Umdrehungsdifferenz Vd wird kleiner. Weiterhin kann der Ansaugkrümmer 20 derart konfiguriert sein, dass die Differenz D zwischen der ersten und zweiten Route 23a und 23b und dem Durchmesser R des Öffnungsendes 25d die Beziehung „1 < D/R ≤ 2” (hierin im Folgenden als Ausdruck G bezeichnet) erfüllt. Speziell ist D/R größer, da die Differenz in der Länge zwischen den Routen größer ist; da allerdings D/R kleiner oder gleich 2 ist, wird die Differenz in der Länge zwischen den Routen, wie und auch die Umdrehungsdifferenz V2, relativ klein. Wie ersichtlich, ermöglicht eine relativ kleine Differenz zwischen der ersten Umdrehung V1 und der zweiten Umdrehung V2 eine Zunahme im volumetrischen Wirkungsgrad über einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich bei hoher Motorgeschwindigkeit oberhalb der Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment. Die Einzelheiten werden später beschrieben.
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Weiterhin werden in einem Geschwindigkeitsbereich bei niedriger Motorgeschwindigkeit unterhalb der Motorumdrehung für maximales Drehmoment – d. h. der Geschwindigkeitsbereich, in dem die Zeiträume zum Öffnen und Schließen der Ansaugventile 14 relativ lang sind – die Druckwellen (d. h. eine zweite und eine dritte Pulsierung), die zwei- oder mehrmals auf der ersten Route 23a oder der zweiten Route 23b hin und her laufen, zur Steigerung des volumetrischen Wirkungsgrades verwendet.
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Daher wird bei hoher Motorgeschwindigkeit oberhalb der Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment das Drehmoment des Motors 10 unter Verwendung eines dynamischen Aufladeeffekts erhöht, der durch die erste und zweite Route 23a und 23b, die in dem Ansaugkrümmer 20 immer offen sind, erhalten wird. Indes wird im mittleren Geschwindigkeitsbereich einschließlich Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment das Drehmoment des Motors 10 durch die Unterstützung der Spülung in jedem Zylinder 11 durch den Abgaskrümmer 14 mit einer sogenannten „4-2-1-Rohranordnung” erhöht.
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4 erläutert allgemein eine Konfiguration des Abgaskrümmers 40 gemäß dieser Ausführungsform. Dieser Abgaskrümmer 40 umfasst vier einzelne Abgasrohre 41, die mit den jeweiligen Zylindern 11 verbunden sind.
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Auf ähnliche Weise wie die vier einzelnen Angussverteiler 24 weist jedes der einzelnen Abgasrohre 41 einen Endabschnitt auf, der sich in zwei Teile verzweigt und mit dem Motor 10 verbunden ist. Jeder der Endabschnitte, der verzweigt ist, ist mit einer zugehörigen Abgasöffnung von zwei Absaugöffnungen 13, die an jedem Zylinder 11 vorgesehen sind, verbunden.
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Wie gesehen werden kann, weist der Abgaskrümmer 40 die 4-2-1-Rohranordnung auf. Speziell sind in dieser Ausführungsform die vier einzelnen Abgasrohre 41 stromabwärts zu Paaren, derart zusammengefasst, dass die zusammengefassten einzelnen Abgasrohre 41 nicht in der Abgasreihenfolge der Zylinder 11 benachbart sind, die mit den jeweiligen einzelnen Abgasrohren 41 verbunden sind. Dann sind die zusammengefassten Paare weiter stromabwärts zu einem Rohr zusammengefasst. In dieser Ausführungsform wird das Abgas in der Reihenfolge des ersten Zylinders 11, des dritten Zylinders 11, des vierten Zylinders 11 und des zweiten Zylinders 11 abgegeben. Daher umfasst der Abgaskrümmer 40 Folgendes: einen ersten Kollektor 42a, zu dem die einzelnen Abgasrohre 41 für den ersten und vierten Zylinder 11 zusammengefasst werden, einen zweiten Kollektor 42b, zu dem die einzelnen Abgasrohre 41 für den zweiten und dritten Zylinder 11 zusammengefasst werden, und eine Abgassammelleitung 43, die stromabwärts von dem ersten und zweiten Kollektor 42a und 42b vorgesehen ist, und in die der erste und zweite Kollektor 42a und 42b zusammengefasst werden.
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Die Anwendung des Abgaskrümmers 40, die für den Motor 10 konfiguriert ist, erlaubt die Reduktion einer nachteiligen Wirkung, die durch die Abgasinterferenz unter den Zylindern 11 verursacht wird, und die Extraktion von Abgas aus den Zylindern 11, um eine Spülwirkung zu erhöhen. Ohne die Einzelheiten auszuführen, werden solche Effekte erhalten, wenn sich die Motorumdrehung im mittleren Geschwindigkeitsbereich befindet. Eine Zunahme in der Spülwirkung der Zylinder und die ausreichende Einleitung von Frischluft in die Zylinder durch die gesteigerte Spülwirkung erzielen ein höheres Motordrehmoment im mittleren Geschwindigkeitsbereich.
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Als nächstes beschrieben wird, unter Bezug auf 4, das Drehmoment, das durch den Motor 10 zu erzeugen ist, der mit dem Ansaugsystem 2 gemäß dieser Ausführungsform ausgestattet ist (d. h. Motor 10 mit angebrachtem Ansaugkrümmer 20).
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5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Motorumdrehung und dem durch den Motor 10 zu erzeugenden Drehmoment erläutert. In 5 zeigt eine Kurve C2, die durch eine durchgezogene Linie erläutert ist, das zu erzeugende Drehmoment, wenn der Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird. Der Ansaugkrümmer 20 ist konfiguriert, um einen dynamischen Aufladeeffekt jeweils bei der ersten und zweiten Umdrehungen V1 und V2 zu erhalten. Speziell ist der Motor 10 ein Benzinmotor mit einer Verdrängung von 1,51. Die Differenz D zwischen der ersten und zweiten Route 23a und 23b beträgt 53 mm. Der Durchmesser R des Öffnungsendes 25d beträgt 36 mm. D/R beträgt 1,47. Ferner hat der Motor 10 die maximale Motorumdrehung von 7000 U/min und die Motorumdrehung für maximales Drehmoment von etwa 4000 U/min, die erste Umdrehung V1 von 7000 U/min, und die Umdrehungsdifferenz Vd zwischen der ersten und zweiten Umdrehung V1 und V2 beträgt 1000 U/min und Vd/Ve beträgt 0,143 (ca. 0,15). Wie durch die Kurve C2 in 5 gezeigt, nimmt das unter Verwendung des Ansaugkrümmers 20 gemäß dieser Ausführungsform zu erzeugende Drehmoment allgemein vom Betrachter aus von links nach rechts zu (d. h. wenn die Motorgeschwindigkeit zunimmt). Dann wird das Drehmoment bei der Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment maximal, in dem Graphen horizontal in der Mitte gezeigt. Rechts von der Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment – d. h. um höhere Motorgeschwindigkeit als die Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment zu erhalten – nimmt das Drehmoment im Allgemeinen ab.
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Indessen zeigt in 5 eine Kurve C1, die durch eine gestrichelte Linie erläutert ist, ein zu erzeugendes Drehmoment, wenn ein typisches Ansaugsystem verwendet wird (d. h. es ist ein typischer Ansaugkrümmer angebracht). Dieser „typische Ansaugkrümmer” weist einen einzigen Durchgang auf und ist konfiguriert, um einen dynamischen Aufladeeffekt bei der ersten Umdrehung V1 zu erhalten. Diese Kurve C1 zeigt, dass bei einer Motorgeschwindigkeit, die höher ist als die Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment, das zu erzeugende Drehmoment, wenn der typische Ansaugkrümmer verwendet wird, unter dem Drehmoment liegt, das erzeugt wird, wenn der Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird.
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Speziell zeigt der Vergleich zwischen dem Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform und dem typischen Ansaugkrümmer, dass das Drehmoment, das durch den Ansaugkrümmer 20 erhalten wird, höher ist als dasjenige, das durch den typischen Ansaugkrümmer erhalten wird, nicht nur in etwa bei der zweiten Umdrehung V2, sondern auch über den gesamten Motorgeschwindigkeitsbereich, der höher ist als das maximale Drehmoment Vt. Nachstehend beschrieben sind wahrscheinliche Gründe für diese Effekte.
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Speziell werden sowohl die erste Umdrehung V1 für die Druckwelle, die sich durch die erste Route 23a fortpflanzt, als auch die zweite Umdrehung V2 für die Druckwelle, die sich durch die zweite Route 23b fortpflanzt, so eingestellt, dass sie höher sind als die Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment, und die Differenz Vd relativ klein ist. Dies bewirkt, dass die natürlichen Frequenzen der Luftsäulen für die jeweiligen Umdrehungen sich gegenseitig relativ nahe kommen. Daher wird die Interferenz zwischen den Druckwellen, die sich durch die erste und zweite Route 23a und 23b ausbreiten, reduziert, und die dynamischen Aufladeeffekte durch beide Routen werden wirksam erreicht. Als Ergebnis nehmen der volumetrische Wirkungsgrad des Motors 10 über einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich, einschließlich der ersten und zweiten Umdrehung V1 und V2, wie auch das Drehmoment zu.
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Weiterhin weist in dem Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform jede der einzelnen Ansaugrouten 23 zwei Durchgänge stromabwärts auf, nämlich den ersten und zweiten stromabwärtigen Durchgang 25a und 25b. Daher ist die Querschnittfläche der einzelnen Ansaugdurchgänge 23 größer als diejenige des typischen Ansaugkrümmers, der einen Durchgang aufweist. Da der Strömungswiderstand durch die Vergrößerung in der Querschnittfläche abnimmt, reduziert sich der Druckverlust in dem Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform. Dies ist ebenfalls ein wahrscheinlicher Grund dafür, warum das Drehmoment des Motors 10 zunimmt.
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Wie ersichtlich, vergrößert der Ansaugkrümmer 20 gemäß dieser Ausführungsform erfolgreich jeden volumetrischen Wirkungsgrad über einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich bei hoher Motorgeschwindigkeit, um eine höheres Drehmoment zu erhalten.
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Der Ausdruck F wird als ein Zustand bestimmt, bei dem die natürlichen Frequenzen der Luftsäulen für die Druckwellen, die sich durch die erste und zweite Route 23a und 23b fortpflanzen, einander nahekommen, um die nachteilige Wirkung durch die Interferenz ausreichend zu reduzieren. Daher nimmt, soweit der Ausdruck F gilt, das Drehmoment über einen relativ breiten Bereich bei hoher Motorgeschwindigkeit erfolgreich zu. Zu beachten ist, dass (V1 – V2)./. Ve größer oder gleich 0 ist.
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Ferner weisen die erste und zweite Route 23a und 23b kein variables Ventil auf und sind immer offen. Als Ergebnis weist der Ansaugkrümmer 20 weniger Teile für das Ventil und für das System für das Ventil auf, und für die wenigeren Teile werden Gewicht und Herstellungskosten des Ansaugkrümmers 20 erfolgreich reduziert.
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Da weiterhin die ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgänge 25a und 25b jeweils an die gleiche Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 angeschlossen sind, wird die Differenz D zwischen der Länge L1 der ersten Route 23a und der Länge der zweiten Route 23b erfolgreich reduziert. Dies ermöglicht die Herabsetzung der Differenz Vd zwischen der ersten und zweiten Umdrehung V1 und V2.
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Zusätzlich sind die erste und zweite Öffnung 22a und 22b parallel zueinander auf der Seitenfläche der Volumenkammer 21 motorfern angeordnet. Dies ist von Vorteil beim Einströmen der Ansaugluftströme in der gleichen Richtung von der Volumenkammer 21 in den ersten stromaufwärtigen Durchgang 25a und den zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25b. Dies ermöglicht ein problemloses Zusammentreffen der Ansaugluftströme, die durch die Durchgänge strömen.
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Weiterhin wird der Ausdruck G durch zwei Bedingungen bestimmt: nämlich eine Bedingung, in der die erste und zweite Öffnung 22a und 22b so angeordnet sein können, dass sie nicht miteinander interferieren (d. h. das untere Ende), und die andere Bedingung, in der die Frequenzen der Druckwellen, die sich durch die erste und zweite Route 23a und 23b fortpflanzen, sich gegenseitig nahe kommen (d. h. eine Obergrenze), derart, dass die nachteilige Wirkung durch die Interferenz ausreichend reduziert werden kann (d. h. das obere Ende).
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Ferner erhöht die Verwendung der Druckwelle, die durch die erste Route 23a oder die zweite Route 23b zweimal oder mehrmals hin und her läuft, erfolgreich den volumetrischen Wirkungsgrad sogar in dem Geschwindigkeitsbereich bei niedriger Motorgeschwindigkeit unterhalb der Motorumdrehung Vt für maximales Drehmoment – d. h. der Geschwindigkeitsbereich, in dem die Zeiträume zum Öffnen und Schließen der Ansaugventile 14 relativ lang sind. Als Ergebnis wird das Drehmoment des Motors 10 erfolgreich erhöht.
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Zusätzlich weist das Abgassystem die 4-2-1-Rohranordnung auf, die das Drehmoment im mittleren Geschwindigkeitsbereich weiter erhöht.
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Ferner wird die Durchgangsbreite des Öffnungsendes 25d für den stromabwärtigen Durchgang 25c als für den Ausdruck G zu verwendenden Durchmesser R verwendet. Dies ermöglicht, dass der Ansaugkrümmer 20 geeignet ist, um die obigen Effekte zu erzielen.
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Der erste und zweite stromaufwärtige Durchgang 25a und 25b sind konfiguriert, um sich von der Seitenfläche des Ausgleichstanks 22 in der Richtung vom Motor 10 weg zu erstrecken und sich dann an den stromabwärtigen Durchgang 25c anzuschließen. Somit ist diese Konfiguration weiterhin beim Einströmen der Ansaugluftströme von Vorteil, die gerade aus der Volumenkammer 21 in den ersten und zweiten stromaufwärtigen Durchgang 25a und 25b in der gleichen Richtung eingeströmt sind. Folglich können sich die Ansaugluftströme, die durch die jeweiligen Durchgänge hindurchlaufen, problemlos treffen.
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(Weitere Ausführungsform)
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In dieser Ausführungsform ist der Abgaskrümmer 40 so konfiguriert, dass er die 4-2-1-Rohranordnung aufweist, um einen Spülwirkung im mittleren Geschwindigkeitsbereich zu erhöhen. Allerdings soll das Abgassystem gemäß dieser Ausführungsform nicht auf diese Anordnung beschränkt sein. Eine beispielhafte Konfiguration des Abgaskrümmers kann ein sogenannter „Ejektoreffekt” zur Erhöhung der Spülwirkung es sein. Speziell werden einzelne sich verjüngende Abgasrohre zusammengebracht und vereinigt und als ein Abgaskrümmer verwendet. Wenn daher Abgas aus einem Zylinder ausgestoßen wird, wird ein negativer Druck beispielsweise auf ein einzelnes Abgasrohr, das mit einem anderen Zylinder verbunden ist, ausgeübt, und das Abgas wird stromabwärts aus dem einzelnen Abgasrohr herausgesaugt. Dies erhöht erfolgreich das Drehmoment des Motors im mittleren Geschwindigkeitsbereich auf ähnliche Weise wie für die 4-2-1-Rohranordnung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- MOTOR
- 11
- Zylinder
- 2
- Ansaugsystem
- 20
- Ansaugkrümmer
- 21
- Volumenkammer
- 22
- Ausgleichstank
- 22a
- Erste Öffnung
- 22b
- Zweite Öffnung
- 23
- Einzelner Ansaugdurchgang
- 23a
- Erste Route
- 23b
- Zweite Route
- 24
- Einzelner Angusskanal
- 25a
- Erster stromaufwärtiger Durchgang
- 25b
- Zweiter stromaufwärtiger Durchgang
- 25c
- Stromabwärter Durchgang
- Vt
- Motorumdrehung für maximales Drehmoment
- Ve
- Maximale Motorumdrehung
- V1
- Erste Umdrehung
- V2
- Zweite Umdrehung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-14079 [0001, 0002]
