DE3903492A1 - Abgassystem fuer mehrzylinder-verbrennungsmotoren und verfahren zur abgasregelung von verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassystem für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren sowie ein Verfahren zur Abgasregelung von Verbrennungsmotoren.

Bei verschiedenen Verfahren für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren werden Abgasimpulse ausgenutzt, um den volumetrischen Wirkungsgrad durch Einstellen der Resonanzfrequenz der Abgasimpulse auf einen optimalen Wert für das Abziehen der Abgase aus dem Motor bei einer gewünschten Motor-Betriebsdrehzahl zu verbessern.

Bei dieser Drehzahl verbessert daher die Resonanz von Abgasimpulsen im Abgasrohr das Abziehen der Abgase aus dem Motor und damit den volumetrischen Wirkungsgrad und die Ausgangsleistung. Da sich die optimale Resonanzfrequenz jedoch für unterschiedliche Motordrehzahlen ändert, sind die vorbekannten Systeme und Vorrichtungen lediglich bei einer bestimmten Motordrehzahl wirksam, während sie bei anderen Drehzahlen den Abzugwirkungsgrad nicht verbessern und sogar einen Rückdruckimpuls bewirken können, der den Abzugwirkungsgrad unter denjenigen Wert absenkt, welcher vorhanden wäre, wenn ein Abgasrohr nicht benutzt würde.

Beispielsweise ein für hohe Drehzahlen ausgelegtes Abgassystem gewährleistet den gewünschten dynamischen Effekt bei mittleren Drehzahlen nicht. Wenn die Motordrehzahl (Ne) auf einen mittleren Wert fällt, so wird der volumetrische Wirkungsgrad des Motors reduziert, da der dynamische Effekt den Abgas-Zeittakt nicht anpaßt. Die Ausgangsleistung (Ps) des Motors wird daher bei mittleren Drehzahlen reduziert, wie dies durch eine ausgezogene Kurve in Fig. 1 dargestellt ist.

Dieses Problem ist bis zu einem gewissen Grade mit einem System gelöst worden, wie es in dem offengelegten JP-GM Nr. 55-25 602 beschrieben ist. Dieses System besitzt Auswahlventile zur Kombination von Abgasströmungen als Funktion der Motordrehzahl. Dies erfolgt entweder durch Integration aller Abgasströmungen am Auslaß oder durch Verbindung von vier Rohren zu zwei Rohren und sodann von zwei Rohren zu einem Rohr im Falle eines Vierzylindermotors (4-2-1-Abgasrohrkombination), wodurch die Reduzierung der Ausgangsleistung aufgrund eines Rückdruckimpulses außerhalb des Motordrehzahlbereiches minimal gehalten wird.

In der JP-OS Nr. 60-1 28 921 ist ein System zum Schutz gegen eine Leistungsreduzierung außerhalb des Motordrehzahlbereiches durch Änderung der Abgascharakteristik über eine Änderung der effektiven Querschnittsfläche der Abgasrohre mit einer Änderung der Motordrehzahl beschrieben.

Weiterhin ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-61 628 ein Schutz gegen eine Erhöhung des Abgasdrucks eines Viertakt-Vierzylinder-Verbrennungsmotors durch eine plötzliche Änderung der Rohrfläche beschrieben, wobei eine sog. 4-2-1-Abgasrohrkombination gebildet wird, was zu einer Erhöhung der Leistungscharakteristik führt. Weiterhin werden dabei die Kombinationen der Abgasrohre so geändert, daß entweder Rohre von Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 180° oder Rohre von Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 360° als Funktion der Drehzahl des Motors kombiniert werden.

Ein in der JP-OS Nr. 62-12 824 beschriebenes System besitzt zwischen Abgasrohren und einer Abgas-Expansionskammer vorgesehene Regelventile. Diese Ventile regeln die Abgasströmungen als Funktion der Motordrehzahl, um eine Reduzierung der Ausgangsleistung außerhalb des Drehzahlbereiches minimal zu halten. Dieses System kann so ausgelegt werden, daß unerwünschte Rückddruckimpulse bei mittleren Drehzahlen verschoben werden, wie dies durch eine gestrichelte Kurve in Fig. 1 dargestellt ist.

Alle diese Systeme und Verfahren sind jedoch nur derart wirksam, daß sie den negativen Effekt von Abgasimpulsen bei Motordrehzahlen außerhalb der optimalen Drehzahl reduzieren, wobei es nicht möglich ist, den Motorbetrieb in einem weiten Bereich von Drehzahlen unter vorteilhafter Ausnutzung des Abgasimpulseffektes zu verbessern.

Auch ist das letztgenannte System aus den folgenden Gründen nicht für Motorräder anwendbar:

Normalerweise sind Abgasrohre unter dem Chassis und dem Motor angeordnet. Werden die vorgenannten Regelventile auf diesen Abgasrohren installiert, so liegen sie über dem Boden frei und können durch aufgewirbelte Steine oder andere Objekte zerstört werden.

Eine Standard-Expansionskammer ist auf der Hinterseite des Motors angeordnet. Die Regelventile sind zwischen der Expansionskammer und den längs des Motors verlaufenden Abgasrohren angeordnet. Während der Fahrt kann Luft in die Abgasrohre eintreten. Aufgrund der vorbeschriebenen relativen Lagen wird diese Luft durch den Motor und die Abgasrohre aufgeheizt, bevor sie die Ventile erreicht. Daher können die Ventile für den normalen Betrieb nicht genug gekühlt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Lösung dieser Probleme eine weitere Verbesserung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Abgassystem der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Verfahren zur Abgasregelung von Verbrennungsmotoren ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 12 definiert.

Weiterbildungen sowohl hinsichtlich des erfindungsgemäßen Abgassystems als auch hinsichtlich des erfindungsgemäßen Regelverfahrens sind Gegenstand entsprechender Unteransprüche.

Die Erfindung sieht verschiedene Möglichkeiten zur Änderung der Kombination und Regelung der Abgase von Mehrzylinder- Verbrennungsmotoren vor.

Dabei werden die effektive Fläche, die Länge und die Kombinationen der Abgasrohre eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors in einem weiten Drehzahlbereich so geändert und geregelt, daß der optimale Wert der Resonanzfrequenz der Abgasimpulse für einen verbesserten Abgas-Abzugeffekt in einem weiteren Bereich von Motordrehzahlen erreichbar ist. Dabei sind die verschiedenen Komponenten des Systems so auf einem Motorrad angeordnet, daß sie dessen Motorbetrieb nicht nachteilig beeinflussen und während der Fahrt nicht zerstört werden können.

Die verschiedenen Betriebsarten des Systems sind in ihrer Komplexität und ihrem Wirkungsgrad folgendermaßen gekennzeichnet:

• (1) Durch das System werden die effektiven Längen von Mehrfach-Abgasrohren eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors zur Abstimmung auf unterschiedliche Motordrehzahlen variiert;
• (2) durch das System werden die effektiven Längen und Kombinationen der Abgasrohre von jedem Zylinder geändert;
• (3) durch das System werden die effektiven Längen, Kombinationen und effektiven Flächen der Abgasrohre von jedem Zylinder geändert;
• (4) durch ein Regelsystem werden die Komponenten der verschiedenen Systeme so geregelt, daß sich eine optimale Konfiguration für die speziellen Betriebsbedingungen und für die Motordrehzahl ergibt;
• (5) die Anordnung der Komponenten auf einem Motorrad ist so getroffen, daß sie während der Fahrt nicht zerstört werden können und den Betrieb des Motors des Motorrades nicht stören.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausgangsleistungs-Kurve eines konventionellen Abgassystems,

Fig. 2 eine ebene Ansicht eines Motorrades, das mit einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Motorrades nach Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Abgassystems gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 Einzelheiten eines Ventiltyps für die bevorzugte Ausführungsform nach Fig. 4,

Fig. 6 (a) einen Längsschnitt der Ventilanordnung nach Fig. 4,

Fig. 6 (b) einen Schnitt in einer Ebene B-B in Fig. 6 (a),

Fig. 7 (a) bis (d) jeweils eine Betriebsart des Abgassystems nach Fig. 4,

Fig. 8 eine Ausgangsleistungs-Kurve bei den verschiedenen Betriebsarten nach Fig. 7,

Fig. 9 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 10 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ventils nach Fig. 9,

Fig. 11 (a) und (b) jeweils eine Endansicht eines festen Rohres,

Fig. 12 eine Endansicht eines festen Rohres,

Fig. 13 eine Charakteristik, aus der der Effekt einer Änderung der Rohrlänge ersichtlich ist,

Fig. 14 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Ventils,

Fig. 15 eine ebene Ansicht eines Motorrades, das mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung versehen ist,

Fig. 16 eine Seitenansicht des Motorrades nach Fig. 15,

Fig. 17 eine perspektivische Darstellung eines Abgasregelsystems nach Fig. 15,

Fig. 18 eine Seitenansicht eines Auswahlventils,

Fig. 19 einen Schnitt in einer Ebene VI-VI in Fig. 18,

Fig. 20 eine mit der Fig. 19 identische Darstellung mit der Ausnahme, daß eine Ventiltrommel in einer anderen Stellung dargestellt ist,

Fig. 21 einen Vergleich von Ausgangsleistungs-Kurven für ein konventionelles und ein erfindungsgemäßes Abgassystem,

Fig. 22 eine weitere Ausführungsform des Auswahlventils nach Fig. 19,

Fig. 23 Kurven der Ausgangsleistung für einen Motor mit einem System gemäß der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 24 eine perspektivische Ansicht des Abgassystems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 25 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Plattenventilsystems nach Fig. 24,

Fig. 26 eine perspektivische Ansicht eines Änderungsventils nach Fig. 24,

Fig. 27 einen Vertikalschnitt des Änderungsventils nach Fig. 24,

Fig. 28 (a) bis (c) die Abgassystem-Strömung für einen Bereich kleiner Drehzahlen des Motors,

Fig. 29 (a) bis (c) die Abgassystem-Strömung für einen Bereich mittlerer Drehzahlen des Motors und

Fig. 30 (a) bis (c) die Abgassystem-Strömung für einen Bereich hoher Drehzahlen des Motors.

Bei der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das folgende Verfahren zur Lösung des Problems der Gewinnung von vorteilhaften Abgasimpulsen für ein Mehrzylinder- Verbrennungsmotor in einem weiteren Bereich von Motordrehzahlen und eine derartige Anordnung des Systems auf einem Motorrad verwendet, so daß der Motorbetrieb des Motorrades nicht beeinträchtigt wird. Dies wird anhand der Fig. 2 bis 7 erläutert.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Motorrad 1 mit einem erfindungsgemäßen variablen Abgassystem. Es setzt sich aus den folgenden Komponenten zusammen: einem Chassis 2, einer sich mit einem Kopfrohr 2 a an der Vorderseite des Chassis 2 drehenden Vordergabel 3, einem drehbar an der Vordergabe 3 befestigten Vorderrad 4, einem Lenker 5 oberhalb der Vordergabel 3, einem im Bereich der Mitte des Chassis 2 montierten und an einem Hauptrahmen 2 b und einem unteren Rahmen 2 c mittels eines Bügels 6 befestigten Mehrzylinder- Verbrennungsmotor 7 (mit vier Zylindern und im folgenden lediglich Motor genannt), einer um die Hinterseite des Chassis 2 drehbare Hintergabel 8, einem drehbar auf der Hintergabel 8 gelagerten Hinterrad 9, einer zwischen dem Drehzentrum der Hintergabel 8 und dem Chassis 2 mittels einer Verbindungseinrichtung 10 eingebauten Federeinheit 11, einem Kraftstofftank 12 oberhalb des Chassis 2, einem Fahrersitz 13 auf einer vom Hauptrahmen 2 b abgehenden Sitzschiene 2 d, mehreren (vier) Abgasrohren 14 bzw. 14 a bis 14 d und einem Schalldämpfer 15 am Ende des Auslasses, wo die Abgasrohre 14 a bis 14 d miteinander verbunden sind.

Fig. 4 zeigt in Zylinder eingesetzte Kolben 16 bzw. 16 a bis 16 d sowie eine Kurbelwelle 17, welche über Kolbenstangen 18 bzw. 18 a bis 18 d mit dem Kolben 16 verbunden ist.

Der Motor 7 besitzt vier Zylinder. Sie werden von links nach rechts (von dieser Seite zur anderen Seite in Fig. 3) gesehen von der Hinterseite des Chassis als erster bis vierter Zylinder bezeichnet. Diese Zylinder werden in der folgenden Reihenfolge in gleichen Drehintervallen der Kurbelwelle 17 von 180° gezündet: Erster Zylinder - dritter Zylinder - vierter Zylinder - zweiter Zylinder.

Gemäß den Fig. 3 und 4 verlaufen die Abgasrohre 14 a bis 14 d unterhalb des Motors 7 von dessen Vorderseite nach hinten und sind an einer Abgassammelvorrichtung 19 miteinander verbunden. Die dem ersten und vierten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 14 a und 14 d kommen bei ihrem Verlauf nach unten vor dem Motor 7 näher zusammen. Sie liegen näher am Motor als die Abgasrohre 14 b und 14 c, welche dem zweiten und dritten Zylinder entsprechen. An der Unterseite des Motors 7 liegen die Abgasrohre 14 a und 14 d über den Abgasrohren 14 b und 14 c.

Speziell liegt das Abgasrohr 14 a, das dem ersten Zylinder entspricht (und im folgenden als erstes Abgasrohr bezeichnet wird), über dem Abgasrohr 14 b, das dem zweiten Zylinder entspricht (und im folgenden als zweites Abgasrohr bezeichnet wird). Das Abgasrohr 14 d, das dem vierten Zylinder entspricht (und im folgenden als viertes Abgasrohr bezeichnet wird), liegt oberhalb des Abgasrohres 14 c, das dem dritten Zylinder entspricht (und im folgenden als drittes Abgasrohr bezeichnet wird). Die Abgassammelvorrichtung 19 setzt sich aus einem Rohrverbinder 20, welcher die Abgasrohre 14 a bis 14 d verbindet, und einer Ventileinrichtung 22 zusammen, welche die Abgaskombinationen regelnde Rechteckventile 21 a, 21 b und 21 c enthält (siehe Fig. 5).

Gemäß Fig. 5 besteht der Rohrverbinder 20 aus vier Rohren 23, welche zu den Abgasrohren 14 a bis 14 d ausgerichtet sind. Diese Rohre sind an einem Ende mit den entsprechenden Abgasrohren 14 a bis 14 d verbunden und liegen am anderen Ende eng beieinander. Der Rohrverbinder ist durch eine geeignete Verbindungseinrichtung, beispielsweise durch Löten, Schweißen oder durch Verbindungsbinder mit den Rohren 14 a bis 14 d verbunden.

Die Ventileinrichtung 22 enthält Lager 25 a, 25 b und 25 c in geeigneten Abständen längs der Achse eines zylindrischen Gehäuses. Diese Lager 25 a, 25 b und 25 c lagern entsprechende Ventilstößel, um eine Drehung der Ventilplatten 21 a bis 21 c zu ermöglichen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Einzelheiten der Ventileinrichtung 22. Die Ventilplatten 21 a und 21 b sind an der Vorderseite angeordnet. Die Ventilplatte 21 a dreht sich zusammen mit einem durch das Lager 25 a gelagerten Ventilstößel 26 frei um eine Achse l. Die Ventilplatte 21 a ist an einem in Form eines Bogens von 90° ausgebildeten Element 28 längs der Rotationsachse befestigt. Das Element 28 steht mit der Außenfläche eines Ventilstößels 27 in Verbindung, wobei es mit der Ventilplatte 21 a rotiert. Der vordere Teil des Ventilstößels 27 ist in den durch das Lager 25 a gelagerten Ventilstößel 26 eingesetzt. An seinem hinteren Ende ist er durch das Lager 25 b gelagert, um eine Drehung der Ventilplatte 21 b um die gemeinsame Achse l zu ermöglichen. Die Ventilplatten 21 a und 21 b können sich einzeln in einer Richtung drehen, so daß sie eben aneinander anliegen. In der anderen Richtung ist der minimale Winkel zwischen den Ventilplatten 21 a und 21 b durch das in Form eines Bogens von 90° ausgebildete Element 28 auf 90° um ihre Achse beschränkt. Die Ventilplatte 21 b auf der Hinterseite dreht sich mit einem Ventilstößel 29. Der vordere Teil dieses Ventilstößels 29 ist in den Ventilstößel 27 eingesetzt, während sein hinteres Ende durch das Lager 25 c gelagert ist, wodurch sich die Platte 21 c um die gemeinsame Achse l drehen kann.

An den Enden der Ventilstößel 26, 27 und 29, welche aus dem Gehäuse herausragen, sind Bandtrommeln 31, 32 und 33 vorgesehen. Über diese Bandtrommel 31, 32 und 33 geführte Bänder 34 sind mit Servomotoren 35, 36 und 37 verbunden, um die entsprechenden Ventile einzeln anzutreiben.

Zur Vereinfachung der Drehung der Ventilplatten 21 a bis 21 c in beiden Richtungen sind als Bänder 34 Doppelbänder vorgesehen. In den Zeichnungen nicht dargestellte Anschläge für die Lager 25 a bis 25 c dienen zur Einstellung der Ventilplatten 21 a, 21 b und 21 c auf 0° oder 90° (bezogen auf die Horizontalachse), um eine Ausrichtung zu den Lagen der Rohre 23 des Rohrverbinders 20 zu gewährleisten. Die Servomotoren 35, 36 und 37 werden durch eine Regeleinrichtung 38 elektrisch geregelt. Der hintere Teil der Abgas-Sammelvorrichtung 19 erstreckt sich nach oben und ist mit dem auf der rechten Seite des Motorrades angeordneten Schalldämpfer 15 verbunden.

Das variable Abgassystem A (Fig. 4) setzt sich aus den Abgasrohren 14, der Abgas-Sammelvorrichtung 19, den Ventilplatten 21 a bis 21 c in der Abgas-Sammelvorrichtung 19, den Servomotoren 35 bis 37 und der Regeleinrichtung 38 zusammen. Gemäß den Fig. 2 und 3 sind die Servomotoren 35 bis 37 unter der durch den Sitz 13 abgedeckten Sitzschiene 2 d angeordnet. Die Regeleinrichtung 38 ist an der Hinterseite der Sitzschiene 2 d angeordnet und ebenfalls durch den Sitz 13 abgedeckt.

Die Drehzahlen des Motors 7 werden zur Einspeisung in die Regeleinrichtung 38 in elektrische Signale überführt. Hat die Motordrehzahl einen eingestellten Wert erreicht, so erzeugt die Regeleinrichtung 38 Signale, um die Servomotoren 35, 36 und 37 zwecks Betätigung der Ventilplatten 21 a, 21 b und 21 c anzusteuern.

Auf der Basis der Motordrehzahl werden die Ventilplatten 21 a, 21 b und 21 c geeignet eingestellt, um die Kombinationen von Abgasströmungen und die Sammelstelle zu ändern.

Um die Motorausgangsleistung so groß wie möglich zu machen, müssen die Abmessungen der Abgasrohre 14 und der Ventilplatten 21 a bis 21 c sowie die Anordnung der Abgas-Sammelvorrichtung 19 sorgfältig zur Drehzahl und zum Zündzeittakt in Beziehung gesetzt werden.

Das variable Abgassystem A ermöglicht vier Arten der Abgasregelung. Diese vier Arten sind in Fig. 7 (a) bis (d) dargestellt. Fig. 8 zeigt die Funktionsweise der vier Betriebsarten (I bis IV) gemäß Fig. 7. Die Auswahl der Betriebsart entsprechend dem Drehzahlbereich optimiert die dynamischen Effekte der Abgasimpulse zwecks Aufrechterhaltung einer hohen Motorausgangsleistung bei allen Drehzahlen.

In der Betriebsart I (Fig. 7 (a)) stehen die Ventilplatten 21 a und 21 (c) horizontal (0°), während die Ventilplatte 21 b vertikal steht (90°). Die Abgasströmungen aus dem ersten und vierten Rohr werden durch die Ventilplatte 21 b geteilt, bis sie sich am Ende der Ventilplatte 21 b miteinander verbinden. Der gleiche Sachverhalt gilt für die Abgasströmungen des zweiten und dritten Rohres. Dies bedeutet, daß die Abgasrohre über die Länge der Ventilplatte 21 b (II in der Figur) virtuell verlängert werden. Die vereinigten Strömungen vom ersten und vierten Rohr werden mit den vereinigten Strömungen vom zweiten und dritten Rohr am Ende der Ventilplatte 21 c vereinigt. Diese Betriebsart ist als 360°-Sammlung definiert, da sich zwischen den Zylindern für das erste und vierte Abgasrohr und zwischen den Zylindern für das zweite und dritte Abgasrohr eine Zünd-Zeittaktdifferenz von 360° ergibt.

In der Betriebsart II (Fig. 7 (b)), steht die Ventilplatte 21 a horizontal (0°), während die beiden Ventilplatten 21 b und 21 c vertikal stehen (90°). Die Abgasströmungen des ersten und zweiten Rohres werden durch die Ventilplatte 21 a aufgeteilt, bis sie sich am Ende dieser Ventilplatte 21 a vereinigen. Der gleiche Sachverhalt gilt für die Abgasströmungen des dritten und vierten Rohres. Daher werden die Abgasrohre um die gleiche Länge wie in der Betriebsart I virtuell verlängert. Diese Betriebsart ist als 180°-Sammlung definiert, da zwischen den Zylindern des ersten und zweiten Abgasrohres und zwischen den Zylindern des dritten und vierten Abgasrohres eine Zünd-Zeittaktdifferenz von 180° besteht.

In der Betriebsart III (Fig. 7 (c)) stehen die beiden Ventilplatten 21 a und 21 c horizontal (0°), während lediglich die Ventilplatte 21 c vertikal steht (90°).

Die Abgasrohre werden um die Länge der Ventilplatte 21 a kürzer als in den Betriebsarten I oder II. Diese Betriebsart ist als 360°-Sammlung definiert.

In der Betriebsart IV (Fig. 7 (d)) stehen alle Ventilplatten 21 a, 21 b und 21 c vertikal (90°). Die Abgasrohre werden um die Länge der Ventilplatte 21 a kürzer als in den Betriebsarten I oder II. Diese Betriebsart ist als 180°-Sammlung definiert.

Die vorstehenden Zusammenhänge sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Fig. 8 zeigt die Motor-Ausgangsleistung für einen Motor mit dem erfindungsgemäßen variablen Abgassystem. Entsprechende Betriebsarten werden auf der Basis der Motordrehzahl automatisch ausgewählt. Für eine zunehmende Motordrehzahl ändern sich die Betriebsarten von II nach I nach II nach III nach IV. Die Ausgangssignale der Regeleinrichtung 38 regeln die Servomotoren 35 bis 37 zur entsprechenden Einstellung der Ventilplatten 21 a bis 21 c. Die variable Regelung gewährleistet eine verbesserte Ausgangsleistung in einem weiten Drehzahlbereich.

Die vier Betriebsarten (Fig. 7 (a) bis (d)) können zur dynamischen Abgasregelung für eine maximale Ausgangsleistung gewählt werden. Gemäß Fig. 8 gewährleistet das variable Abgassystem eine höhere Ausgangsleistung als ein konventionelles Abgassystem.

Die vorstehend beschriebenen Betriebsartänderungen werden als Abtastmuster bezeichnet. Als Funktion der Ausgestaltung der Abgasrohre und der Ventile und der Art des Motors können unterschiedliche Muster ausgenutzt werden.

Die Ventilplatten 21 a, 21 b und 21 c können für eine flexible Regelung variabel in Intervallen von 90° eingestellt werden.

Die Form und die Größe der verwendeten Komponenten können als Funktion von Auslegungsbedingungen geändert werden.

Die vorstehenden Ausführungen gelten für einen Motor mit vier Zylindern, die in einer Reihe liegen. Das variable Abgassystem kann jedoch auch für andere Typen von Mehrfachzylinder- Verbrennungsmotoren einschließlich V-Motoren mit acht Zylindern verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben, ändert das erfindungsgemäße variable Abgassystem die Kombinationen von Abgasströmungen und die Länge von Abgasrohren auf der Basis der Motordrehzahl. Dadurch wird eine verbesserte Ausgangsleistung in einem größeren Drehzahlbereich erhalten.

Das System kann bei in Intervallen von 180° gezündeten Vierzylinder-Motoren verwendet werden, um auf der Basis der vier Betriebsarten (kurze oder lange Rohre in Kombination mit 360°- oder 180°-Phasendifferenzrohren) eine abgestufte "4-2-1"-Abgassammlung zu realisieren.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform entspricht der ersten bevorzugten Ausführungsform. Sie ist jedoch einfacher und gewährleistet zwei der bei der ersten Ausführungsform erhaltenen vier Betriebsarten, nämlich die lange Kombination mit einer Phasenverschiebung von 360° gemäß der Betriebsart I (Fig. 7 (a)) und die kurze Kombination mit einer Phasenverschiebung von 180° gemäß der Betriebsart IV (Fig. 7 (d)). Es werden dabei zwei Anordnungen von Ventilplatten zur Realisierung dieser Kombinationen verwendet.

Bei dieser Ausführungsform ist ebenso wie bei den Betriebsarten nach Fig. 7 (a) und Fig. 7 (d) eine Vierrohrführung oder eine Zweirohrführung möglich. In diesem Fall ist jedoch eine der Ventilplatten, nämlich die Platte 21 b, fest, wobei die Kombinationen durch Bewegung der Ventilplatte 21 a um 90° geändert werden. Bei der ersten Anordnung dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht der Abschnitt hinter der beweglichen Ventilplatte aus einer festen Zwischenwand zur Realisierung einer Vierleitungsanordnung, worauf ein kurzer Abschnitt einer Zweileitungsanordnung und sodann ein Endauslaß in ein einziges Abgasrohr folgt, während bei der zweiten Anordnung der Vier- oder Zweileitungsabschnitt länger ist und vor dem festen Zweileitungsabschnitt kein folgender Vierleitungsabschnitt vorhanden ist.

Einzelheiten dieser Anordnungen sind in den Fig. 9 bis 14 dargestellt. Fig. 9 zeigt die Ausführung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Abgassystems. Eine Gruppe von Abgasrohren 200 umfaßt mit 201 bis 204 numerierte Abgasrohre 211, welche mit Abgasöffnungen eines Motors entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform verbunden sind, wobei die Zündung in der Folge 201, 202, 204 und 203 erfolgt. Diese vier Abgasrohre sind in einem Verbindungsrohr 212 zusammengeführt und mit einem variablen Rohr 213 mit einer festen Unterteilungsplatte 218 und einer beweglichen Ventilplatte 221 verbunden. Die bewegliche Ventilplatte 221 teilt das Innere in zwei oder vier Rohrführungen, wobei eine Unterteilung 214 (a bis d) eine Unterteilung in vier feste Rohrführungen vornimmt, worauf eine geteilte Rohrführung 215 mit zwei Unterteilungen in Strömungsrichtung vor einem Schalldämpfer 216 folgt.

Gemäß Fig. 10 ist das Verbindungsrohr 212 ein geschweißtes Rohrführungssystem, das die vier Rohrführungen miteinander kombiniert, so daß eine Strömung in vier getrennte Auslaßquadranten gewährleistet ist. Der mittlere Teil enthält ein Lager 217, das eine Mittelwelle 221 a der beweglichen Ventilplatte 221 aufnimmt.

Die variable Leitungsführung 213 ist mit einer Trennwand 218, welche den Durchgang in zwei Abschnitte unterteilt, sowie mit einem Seitenanschlag 219 und einem Lager 220 im mittleren Bereich versehen.

In den zentralen Spalt der Trennwand 218 sind Flügelventilplatten 221 eingesetzt, wobei die Welle 221 a in den Lagern 217 und 220 gelagert ist. Ein Ritzel 222 ist außerhalb des Lagers 217 an der Welle 221 a befestigt und wird durch einen Servomotor 224 gedreht, welcher mit einer Zahnstange 223 verbunden ist und durch die Drehzahl des Motors geregelt wird.

Die variable Leitungsführung 213 wird gemäß Fig. 11 (a) und (b) durch die Ventilplatten 221 und die Trennwand 218 in vier Abschnitte 213 a bis 213 d unterteilt, wenn die Ventilplatten 221 mit dem Anschlag 219 in Kontakt kommen. Sie wird in zwei Abschnitte unterteilt, wenn die Ventilplatten 221 auf der Trennwand 218 liegen. Auf einer Seite der Trennwand 218 besteht eine Verbindung mit den Abgasrohren 201 und 202, während auf der anderen Seite eine Verbindung mit den Abgasrohren 204 und 203 besteht. Werden die Ventilplatten 221 um einen Winkel von 90° gedreht, so sind die Abgasrohre 211 mit vier getrennten Kanälen verbunden.

Die feste Rohrführung 214 ist mit einer kreuzförmigen Trennwand 225 versehen, welche zur Trennwand 218 und den Ventilplatten 221 ausgerichtet ist, wodurch die variable Leitungsführung 213 in vier Abschnitte unterteilt wird. Gemäß Fig. 12 sind die Durchlässe in vier Abschnitte 214 a bis 214 d unterteilt. Innerhalb der Verbindungsrohrführung 215 ist senkrecht zur Trennwand 218 eine Trennwand 226 vorgesehen. Diese Trennwand 226 teilt die Rohrführung in zwei Abschnitte 215 a und 215 d, hinter denen ein Durchlaß 215 c vorgesehen ist.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist eine Länge l₁ vom Einlaß der Abgasrohre 211 zum Auslaß der festen Rohrführung 214 gleich der Länge von unabhängigen langen Abgasrohren, wenn die Ventilplatten 221 die variable Rohrführung 213 gemäß Fig. 11 (a) in vier Abschnitte unterteilen, wodurch Abgasimpulse gewonnen werden, die sich für einen Betrieb bei kleiner und mittlerer Drehzahl eignen. Hinter der festen Rohrführung 214 durchströmen die Abgase einen der beiden Durchlässe 215 a, 215 b der Verbindungsrohrführung 215 zum Durchlaß 215 c. Die Verbindungsrohrführung 215 wird daher sowohl als 2-4-Verbindung als auch als 2-1-Verbindung ausgenutzt.

Werden die Ventilplatten 221 so gedreht, daß sie gemäß Fig. 11 (b) an der Trennwand 218 anliegen, so wird die variable Rohrführung 213 an der Abgas-Eintrittsstelle in zwei Abschnitte unterteilt, so daß Abgase von den Zylindern 1 und 2 zusammen durch die Durchlässe 213 a und 213 b und sodann durch die feste Rohrführung 214 und die Durchlässe 214 a und 214 b zu den Durchlässen 215 a und 215 b der Verbindungsrohrführung 215 strömen. Die gesamte unabhängige Länge der Abgasrohre ist daher gleich derjenigen der Abgasrohre 211 und des Verbindungsrohres 212, wobei es sich um eine Länge l₂ für einen Betrieb mit hoher Drehzahl handelt. Die Rohrführungen 213 und 214 sind daher eine 4-2-Kombination, während die Rohrführung 215 eine 2-1-Kombination ist, so daß sich sowohl bei hohen als auch bei kleinen Drehzahlen eine 4-2-1-Kombination ergibt.

Durch Änderung der variablen Rohrführung wird im Bereich kleiner und mittlerer oder hoher Drehzahlen ein zweckmäßiger Abgasimpulseffekt erreicht, wobei sich die Verhältnisse gemäß Fig. 13 ergeben.

Eine Kurve A in Fig. 13 zeigt die Leistungscharakteristik für einen Betrieb mit kleinen und mittleren Drehzahlen, wenn die Länge der Abgasrohre l₁ ist, während eine Kurve B die Leistungscharakteristik für den Betrieb mit hohen Drehzahlen zeigt, wenn die Länge der Abgasrohre gleich l₂ ist. Die Leistungscharakteristik für hohe Leistung gemäß einer Kurve C ist durch Änderung der Ventilplatten erreichbar, wenn die Motordrehzahl Ne = "N" ist.

Bei dieser zweiten Ausführungsform erfolgt durch die variable Rohrführung 213 und die feste Rohrführung 214 eine Unterteilung in zwei oder vier Abschnitte; gemäß Fig. 14 können diese Rohrführungen jedoch durch eine variable Rohrführung 230 ersetzt werden. Diese Rohrführung 230 ist zwischen dem Verbindungsrohr 215 und der Verbindungsrohrführung 215 vorgesehen, wobei sich eine Trennwand 231 und Ventilplatten 232 über die gesamte Länge der Verbindungsrohrführung 215 erstrecken. Die Ventilplatten 232 können gemäß Fig. 14 in Pfeilrichtung um einen Winkel von 90° aus einem Vierteilungszustand in einen Zweiteilungszustand gedreht werden. Bei Verwendung dieser Ausführungsform kann der gleiche Effekt wie bei der Ausführungsform nach Fig. 11 erreicht werden. Durch Kombination der Rohre 201/202 und 204/203 als Abgasrohrkombination mit einer Zündphasendifferenz von 180° für das in Fig. 11 (b) gezeigte Beispiel können bessere Eigenschaften bei hoher Drehzahl erreicht werden, ohne daß eine Abgaswechselwirkung bei Betrieb mit hoher Drehzahl (entsprechend der Betriebsart IV nach Fig. 7) auftritt, während eine Kombination 201/204 und 202/203 mit einer Zündphasendifferenz von 360° zu einem Abgassystem mit besseren Eigenschaften bei kleiner Drehzahl entsprechend der Betriebsart III nach Fig. 7 führt. Wie aus den vorstehenden Ausführungen folgt, kann durch 4-2-1-Kombinationen und durch variable Abgasrohr-Länge in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors eine maximale Leistung erreicht und der Abgasströmungswiderstand so klein wie möglich gehalten werden. Die Funktion der Drehung lediglich eines Satzes von Ventilplatten als Einstelleinrichtung unter einem Winkel von 90° ist einfach, wobei die Ventilplatten einfach und leicht ausgebildet werden können, da die axiale Länge der ersten variablen Rohrführung minimal gehalten werden kann.

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform löst die Probleme der Überhitzung und der Zerstörung der unteren Rohrführung unter Verwendung eines Auswahlventils zur Änderung der Kombinationen von Abgasrohren, wobei die Rohrverbinder im Abstand vom Motor vorgesehen sind, um 4-2- und 2-1-Kombinationen zu realisieren. Das Auswahlventil ist unter dem Chassis des Motorrades vorgesehen und auf der gleichen Höhe wie die oberen Abgasrohre eingebaut. Es wird durch die unteren Rohre geschützt, welche unter ihm verlaufen und damit ein direktes Freiliegen verhindern. Das Ventil ist zwischen den Verbindungen der Abgasrohre und dem Motor angeordnet, um erhitzte Luft minimal zu halten und die Kühlung zu vereinfachen.

Im folgenden wird eine typische Anwendung der dritten Ausführungsform anhand der Fig. 15 bis 22 beschrieben.

Gemäß den Fig. 15 und 16 gehen Abgasrohre 314 a bis 314 d von der Vorderseite eines Motors 307 aus. Sie sind nach unten gerichtet und laufen unter einem Chassis 302 und dem Motor 307 zur Unterseite des Chassis 302.

Die dem ersten und vierten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 314 a und 314 d sind durch einen Rohrverbinder 319 miteinander verbunden. Die dem zweiten und vierten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 314 b und 314 c sind durch einen Rohrverbinder 320 miteinander verbunden. Diese Rohrverbinder 319 und 320 sind durch einen mit einem Schalldämpfer 315 verbundenen Rohrverbinder 321 vereinigt.

Unter dem Chassis 302 und dem Motor 307 liegen die dem ersten und vierten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 314 a und 314 d oberhalb der Abgasrohre 314 b und 314 c, welche dem zweiten und dritten Zylinder entsprechen. Das Auswahlventil 322 ist zwischen den Abgasrohren 314 und den Rohrverbindern 319 und 320 vorgesehen, um die Kombinationen von Abgasströmungen zu ändern. Gemäß den Fig. 16 und 17 ist das Auswahlventil 322 über eine Leitungsverbindung 323 mit einer Betätigungseinrichtung 324 verbunden. Diese Betätigungseinrichtung 324 wird elektrisch durch eine Regeleinrichtung 325 geregelt. Das Abgasregelsystem A setzt sich aus den Abgasrohren 314, dem Ausfallventil 322, der Betätigungseinrichtung 324 und der Regeleinrichtung 325 zusammen.

Die Abgasrohre 314 a bis 314 d sind wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform mit den Zylindern verbunden, wobei ihre anderen Enden jedoch mit dem Ausfallventil 322 verbunden sind.

Gemäß den Fig. 16 und 17 ist das Ausfallventil 322 unter dem Chassis 302 und dem Motor 307 und zwischen dem Motor 307 und den Rohrverbindern 319 und 320 angeordnet. Gemäß den Fig. 18 und 19 setzt es sich aus einem zylindrischen Gehäuse 322 a und einer Ventiltrommel 322 b zusammen, welche innerhalb des Gehäuses 322 a um ihre Achse rotiert. Das erste und vierte Abgasrohr 314 a und 314 d verlaufen unter einem rechten Winkel durch das Gehäuse 322 a und sind mit diesem fest verlötet oder verschweißt. Gemäß Fig. 19 können diese Rohre über Öffnungen 326 und 327 mit dem zweiten und dritten Abgasrohr 314 b und 314 c kombiniert werden.

Ein Ende des Gehäuses 322 a ist durch eine ein Lager 328 halternde Abdeckung 329 verschlossen. Die andere Seite ist durch eine ein Lager 331 halternde abnehmbare Abdeckung 332 geschlossen. Diese Abdeckung 332 ist mittels einer Schraube 333 mit einem Spannring 330 befestigt. Zwischen diesem Spannring 330 und die Abdeckung 332 ist zur Auffüllung des dazwischenliegenden freien Raums eine Dichtung 334 eingesetzt.

Weiterhin ist das durch die Abdeckung 329 gehalterte Lager 328 auf der Seite des Gehäuses 322 a zur Sicherstellung einer Luftdichtigkeit mit einer Kappe 335 abgedeckt.

Gemäß Fig. 19 steht die Ventiltrommel 322 b mit beiden Innenflächen des Gehäuses 322 a in Kontakt. Sie wird durch die folgenden Teile gebildet: Zwei U-förmige Teile 336 und 337, welche im Gehäuse 322 a zu den oberen Abgasrohren 314 a, 314 d horizontal ausgerichtet sind, sowie verbleibende Teile 338 und 339, welche die obengenannten Öffnungen 326 und 327 öffnen oder schließen. Konkave Teile 338 a und 339 a decken die Innenflächen des zweiten und dritten Abgasrohres 314 b und 314 c ab, wenn die Öffnungen 326 und 327 durch die Teile 338 und 339 verschlossen sind.

In die Lager 328 und 331 sind auf beiden Seiten der Ventiltrommel 322 b Wellen 340 und 341 eingesetzt. Diese Wellen 340 und 341 haltern die Ventiltrommel 322 b so, daß sie innerhalb des Gehäuses 322 a rotieren kann.

Die in das Lager 331 eingesetzte Welle 341 erstreckt sich durch die Abdeckung 332 und ragt aus dem Gehäuse 322 a heraus. An diesem Ende sind die Leitungen 323 um eine lösbare Leitungstrommel 342 gewunden, welche mittels einer Mutter 343 aus dem herausragenden Ende der Welle 341 befestigt ist.

Bei dieser Ausführungsform dient die Doppelleitung 323 zur Erleichterung einer Drehung in beiden Richtungen der Ventiltrommel 322 b. Die beiden Teile der Leitung 323 sind durch eine Führungsplatte 344 auf der Abdeckung 332 voneinander getrennt und durch eine Abdeckung 345 geschützt. Sowohl die Führungsplatte 344 als auch die Abdeckung 345 sind mittels der Schraube 333, welche auch die Abdeckung 332 befestigt, am Spannring 330 befestigt.

Die Betätigungseinrichtung 324 ist unter einer durch einen Sitz 313 abgedeckten Sitzschiene 302 d installiert. Die Regeleinrichtung 325 ist nahe der Hinterseite auf der Sitzschiene 302 d angeordnet und ebenfalls durch den Sitz 313 abgedeckt.

Die Drehzahlen des Motors 307 werden zur Eingabe in die Regeleinrichtung 325 in elektrische Signale überführt. Hat die Motordrehzahl einen gesetzten Wert erreicht, so erzeugt die Regeleinrichtung 325 Signale zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 324 zwecks Betätigung des Auswahlventils 322.

Das Auswahlventil 322 ist in der gleichen Höhe wie die oberen Abgasrohre 314 a und 314 d installiert. Es ist gegen ein direktes Freiliegen und eine Beschädigung durch aufgewirbelte Steine und andere Objekte durch die unteren Abgasrohre 314 b und 314 c geschützt.

Weiterhin ist das Auswahlventil 322 unter dem Chassis und dem Motor 307 angeordnet, wodurch ein doppelter Schutz gegen Fremdobjekte erreicht wird.

Weiterhin ist das Auswahlventil 322 unter der Vorderseite des Motors 307 angeordnet, um erhitzte Luft minimal zu halten und die Kühlung zu vereinfachen.

Bei kleinen und mittleren Motordrehzahlen wird die Ventiltrommel 322 b durch die Betätigungseinrichtung 324 gedreht, um die Öffnungen 326 und 327 des Gehäuses 322 a durch die Teile 338 und 339 zu schließen. Gemäß Fig. 17 wird keines der Abgasrohre 314 a bis 314 d kombiniert. Das erste und vierte Abgasrohr 314 a und 314 d werden durch den Rohrverbinder 319 nahe dem Auslaß kombiniert. Entsprechend werden das zweite und dritte Abgasrohr 314 b und 314 c durch den Rohrverbinder 320 kombiniert.

Die vorgenannte Kombination verlängert die Abgasrohre virtuell. Die Kombinationen der Abgasrohre 314 werden durch den Zündzeittakt der entsprechenden Zylinder festgelegt. Bei kleinen und mittleren Drehzahlen werden sie so kombiniert, daß eine Anpassung an eine Zündphasendifferenz von 360° gegeben ist, d. h., das erste und vierte Abgasrohr 314 a und 314 d sowie das zweite und dritte Abgasrohr 314 b und 314 c. Es wird daher ein dynamischer Abgasimpuls mit dem optimalen Zeittakt zur Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades erzeugt.

Bei hohen Motordrehzahlen wird die Ventiltrommel 322 b gemäß Fig. 20 durch die Betätigungseinrichtung 324 aufgrund von Signalen von der Regeleinrichtung 325 um 180° gedreht.

Die U-förmigen Teile 336 und 337 der Ventiltrommel 322 b werden invertiert, um das erste und zweite Abgasrohr 314 a und 314 b sowie das dritte und vierte Abgasrohr 314 c und 314 d miteinander zu kombinieren. Die Abgasrohre werden virtuell verkürzt. Die vorgenannte Kombination paßt die Abgasrohre an eine Zündphasendifferenz von 180° an. Es wird daher der dynamische Impulseffekt zur Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades optimiert.

Fig. 21 zeigt einen Vergleich von Ausgangsleistungskurven von Motoren mit einemAbgasregelsystem A und einem konventionellen Abgasregelsystem. Die ausgezogene Linie stellt die konventionelle Ausgangsleistungskurve dar, während die gestrichelte Linie die verbesserte Ausgangsleistungskurve darstellt.

Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß die Motor-Ausgangsleistung in einem weiten Drehzahlbereich durch das erfindungsgemäße Abgasregelsystem verbessert wird.

Das Lager 328 ist durch die in die Abdeckung 329 für das Auslaßventil 322 eingesetzte Kappe 335 geschützt. Diese Kappe 335 ist abnehmbar, um die Wartung des Lagers 328 zu erleichtern. Die andere Abdeckung 332 ist durch die Schraube 333 am Spannring 330 befestigt. Diese Abdeckung 332 kann zur Überprüfung des Lagers 331 ebenfalls angenommen werden. Weiterhin kann die Ventiltrommel 322 b zu Wartungszwecken leicht ausgebaut werden. Die Form und die Größe der für die vorstehend erläuterte Ausführungsform verwendeten Komponenten kann als Funktion von Auslegungsbedingungen geändert werden.

Beispielsweise kann das Gehäuse 322 a durch zwei Teile gemäß Fig. 22 gebildet werden, wobei diese getrennten Teile vor dem Zusammenbau des Abgassystems miteinander verlötet werden können. Dieser getrennte Aufbau erleichtert eine Wiedereinstellung der Abgasrohre 314.

Fig. 22 zeigt weiterhin eine abgewandelte Ausführungsform zum Schutz des Lagers 328. Sie ersetzt die in die Abdeckung 329 eingesetzte Kappe 335. Gemäß Fig. 22 befindet sich das Lager 328 in einem durch eine Kappe 351 abgedeckten Ansatz 350. Die Kappe 351 ist mittels einer Unterlegplatte 351 a und Schrauben 352 an der Abdeckung 329 befestigt. Durch Lösen der Schrauben 352 kann die Kappe 351 leicht abgenommen werden. Diese Ausführungsform erleichtert die Wartung des Lagers 328.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform werden die oberen und unteren Abgasrohre für eine schrittweise Sammlung von Abgas geeignet kombiniert.

Die Abgasrohre werden gemäß den Auswahlventilstellungen an geeigneten Stellen optimal kombiniert.

Die Rohre werden bei kleinen und mittleren Drehzahlen verlängert und bei hohen Drehzahlen verkürzt, um den dynamischen Impulseffekt des Abgases für einen verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad und eine verbesserte Ausgangsleistung auszunutzen.

Die Anordnung des Auswahlventils oberhalb der unteren Abgasrohre verhindert eine mögliche Beschädigung und einen Ausfall.

Das Ventil ist für einen Doppelschutz unter dem Chassis und dem Motor sowie in Strömungsrichtung vor der Abgasrohrverbindung zwischen der Verbindung und dem Motor angeordnet, um erhitzte Luft minimal zu halten und die Kühlung zu erleichtern.

Ein typisches Betriebsprogramm wird anhand von Fig. 23 beschrieben. Dabei sind die Betriebszustände für jeweils 5000 Umdrehungen pro Minute in drei Zonen I bis III unterteilt, wobei in jedem Grenzbereich der Übergangsbetrieb des Auswahlventils 322 durchgeführt wird, um eine variable Abgasregelung zu realisieren. Im folgenden wird die Regelung in jeder Zone im einzelnen beschrieben.

Zone I

Ist die Drehzahl des Verbrennungsmotors 307 kleiner als ein erster vorgegebener Wert (5000 Umdrehungen pro Minute), so wird die Ventiltrommel 322 b durch die Betätigungseinrichtung 324 gedreht, wodurch die Öffnungen 326 und 327 im Gehäuse 322 a durch die Teile 338 und 339 geschlossen werden, wie dies in Fig. 19 dargestellt ist. Dabei werden die Abgasrohre 314 (314 a bis 314 d) in einen solchen unabhängigen Zustand gebracht, daß das erste und vierte Abgasrohr 314 a und 314 d, welche auf dem oberen Abschnitt des Ventils angeordnet sind, in einen Zustand gelangen, in dem die Länge vom Verbrennungsmotor 307 zur Rohrverbindung 319 kontinuierlich ist, und wobei das zweite und dritte untere Abgasrohr 314 b und 314 c sich in einem kontinuierlichen Zustand vom Verbrennungsmotor 307 zur Rohrverbindung 320 befinden.

Dieser Zustand gewährleistet einen langen Abgasweg vor der Kombination der Abgasströmungen von den Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 360°, d. h. dem ersten und vierten Zylinder bzw. dem zweiten und dritten Zylinder. Dies ergibt einen günstigen dynamischen Impulseffekt für die durch die entsprechenden Abgasrohre 314 strömenden Abgase, was zu einer Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades im Bereich kleiner Drehzahlen führt.

Zone II

Übersteigt die Drehzahl des Motors 307 den ersten vorgegebenen Wert, so wird von der Regeleinrichtung 325 ein entsprechendes Treibersignal auf die Betätigungseinrichtung 324 gegeben, wodurch die Ventiltrommel 322 b des Auswahlventils gemäß Fig. 20 um einen Winkel von 180° gedreht wird.

In diesem Zustand ist das erste Abgasrohr 314 a mit dem zweiten Abgasrohr 314 b und das vierte Abgasrohr 314 d mit dem dritten Abgasrohr 314 c verbunden, was über die geöffneten Bereiche 336 und 337 der Ventiltrommel 322 b erfolgt. Der Abstand der Verbindungsstelle der entsprechenden Abgasrohre 314 wird daher zur Bildung eines kurzen Abgasweges reduziert, wobei die den Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 180° entsprechenden Abgasrohre 314 verbunden werden können. Dabei wird der dynamische Impulseffekt des Abgases wirksam, um den volumetrischen Wirkungsgrad im Bereich mittlerer Drehzahlen zu verbessern.

Zone III

Steigt die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 307 und erreicht den zweiten vorgegebenen Wert (10 000 Umdrehungen pro Minute), so wird die Betätigungseinrichtung 324 durch ein Treibersignal von der Regeleinrichtung 325 angesteuert, wobei die Trommel 322 b um 180° gegen die vorherige Richtung gedreht wird, so daß der Kombinationszustand der Abgasrohre 314 gleich dem Zustand der Zone I wird.

In diesen Zustand werden lange getrennte Abgaswege erreicht und es können die Abgasrohre 314 entsprechend den Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 360°, d. h. zwischen dem ersten und vierten Zylinder und dem zweiten und dritten Zylinder verbunden werden können, so daß ein günstiger dynamischer Impulseffekt der Abgase in den entsprechenden Abgasrohren 314 im Bereich hoher Drehzahlen erreicht wird, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad im Bereich hoher Drehzahlen verbessert wird.

Die folgende Tabelle faßt die vorgenannten Betriebsarten zusammen:

Tabelle 1

Fig. 23 zeigt die Ausgangscharakteristiken des Verbrennungsmotors 307 bei Verwendung variabler Abgasregelungen. In dieser Figur gilt die gestrichelte Kurve für den Fall, in dem das Auswahlventil im gesamten Drehzahlbereich für die Zone I eingestellt ist. Die gestrichelte Kurve stellt die Ausgangscharakteristik für den Fall dar, in dem das Auswahlventil 322 im gesamten Geschwindigkeitsbereich für die Zone II eingestellt ist, während die ausgezogene Kurve die Ausgangscharakteristik für den Fall darstellt, daß an jeder Zonenbegrenzung der Tabelle I ein Übergangsbetrieb stattfindet.

Aus diesen Ergebnissen wird klar, daß die Leistung bei der oberen maximalen Drehzahl erhöht wird und im gesamten Drehzahlbereich ohne einen Ausgangsleistungsabfall gute Ausgangscharakteristiken erhalten werden.

Das vorgenannte Regelmuster ist lediglich ein mögliches Beispiel, wobei es auch möglich ist, Regelmuster gemäß den folgenden Tabellen (Tabellen 2 bis 4) mit unterschiedlichen Betriebszonengrenzen und unterschiedlichen Kombinationen in diesen Zonen zu verwenden.

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Zwar entsprechen in jedem Fall dieser Regelmuster die Kombinationen der Abgasrohre 314 Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 360° und großen Abgasrohr-Längen und Kombinationen der Abgasrohre 314 den Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 180° und kurzen Abgasrohrlängen; es ist jedoch auch möglich, entgegengesetzte Regelmuster zu verwenden, in dem die Abgasrohrkombinationen und das Auswahlventil so arrangiert werden, daß sich die Charakteristiken gemäß Tabelle 5 ergeben.

Tabelle 5

Zwar wird in den vorgenannten Beispielen lediglich die Drehzahl des Verbrennungsmotors 307 als Regelfaktor ausgenutzt. Es ist jedoch auch möglich, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 360 und/oder ein Geschwindigkeitsänderungssignal von einem Verschiebungspositionssensor 361 gemäß Fig. 16 auszunutzen. Bei Ausnutzung dieser Signale kann eine Regelung in Anpassung an die tatsächlichen Fahrzustände des Fahrzeuges durchgeführt werden, wobei eine Verbesserung der Beschleunigungseigenschaften und des Kraftstoffverbrauchs erreichbar ist. Darüber hinaus kann in dem Fall, in dem lediglich zwei Zonen in den Betriebsmustern erforderlich sind, die Regelung so eingestellt werden, daß die anderen Zonen außer Acht gelassen werden und keine spezielle Modifizierung erforderlich ist. Darüber hinaus sind etwa die verschiedenen Formen und Abmessungen bei dem dargestellten variablen Abgassystem A lediglich Beispiele, wobei es möglich ist, diese Formen und Abmessungen in Anpassung an Auslegungserfordernisse zu ändern.

In dem beschriebenen Anwendungsfall handelt es sich um einen Verbrennungsmotor mit vier in einer Linie liegenden Zylindern. Die Anwendung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, wobei es natürlich auch möglich ist, das Ausführungsbeispiel bei anderen Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren zu verwenden. Beim dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein abgewandeltes Verfahren zur Änderung der Kombination von miteinander verbundenen Abgasrohren und deren Längen bis zur Verbindungsstelle unter Ausnutzung eines Umleitventils angewendet, das den kombinierten Zustand dieser Abgasrohre ändert und unterschiedliche Zonenkonfigurationen zur Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors realisiert. Durch Betätigung dieses Umleitventils im Grenzbereich jeder dieser Zonen führt dieses System zu den im folgenden beschriebenen Vorteilen.

Die Kombination der Abgase von Zylindern mit unterschiedlichen Explosionszyklen kann so geändert werden, daß der dynamische Impulseffekt von aus den entsprechenden Zylindern abgegebenem Abgas geregelt werden kann. Darüber hinaus können auch die Längen bis zu den Verbindungen der Abgasrohre geändert werden, wodurch die effektive Ausnutzung des dynamischen Impulseffektes des Abgases in einem weiten Drehzahlbereich möglich ist, was zu einer höheren Maximaldrehzahl des Motors führt. Daher kann der dynamische Effekt des Abgases in einem weiteren Drehzahlbereich ausgenutzt werden, um die Ausgangscharakteristiken des Motors und mit anderen Worten den volumetrischen Wirkungsgrad und die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors wesentlich zu verbessern.

Ein viertes bevorzugtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist durch die Tatsache gekennzeichnet, daß es mit einer Einrichtung zur Änderung der effektiven Querschnittsfläche der Abgasrohre sowie mit einem Abgasrohr-Kombinationsänderung- Umleitventil und einer Rohrverbindungseinrichtung entsprechend dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgerüstet ist.

Selbst wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors im Bereich kleiner und mittlerer Drehzahlen liegt, kann mit dieser vierten bevorzugten Ausführungsform die zweckmäßigste Kombination von Abgasrohren realisiert werden, um ebenso wie bei der dritten Ausführungsform die dynamischen Effekte durch Auswahl der zweckmäßigsten Kombination von Abgasrohren und deren Längen zu gewährleisten. Weiterhin kann die Querschnittsfläche für jede der Kombinationen der dritten Ausführungsform geändert werden, um eine größere Regelung von Bedingungen zu gewährleisten, wodurch der Effekt der Änderung von Mehrfach-Abgasrohrkombinationen maximal ausgenutzt wird.

Diese vierte bevorzugte Ausführungsform wird anhand der Fig. 24 bis 30 beschrieben. Gemäß Fig. 24 verlaufen Abgasrohre 514 a bis 514 d von der Vorderseite des Motors 307 in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach der dritten Ausführungsform gemäß den Fig. 15 und 16. Sie sind nach unten gerichtet und verlaufen unter dem Chassis 302 und dem Motor 307 zur Unterseite des Chassis 302.

Die dem ersten und vierten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 514 a und 514 d sind durch einen Rohrverbinder 519 miteinander verbunden. Die dem zweiten und dritten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 514 b und 514 c sind durch einen Rohrverbinder 520 miteinander verbunden. Diese Rohrverbinder 519 und 520 sind durch einen mit einem Schalldämpfer 515 verbundenen Rohrverbinder 521 miteinander verbunden. Ein Auswahlventil 530 ist zwischen den Abgasrohren 514 und den Rohrverbindern 519 und 520 vorgesehen, um die Kombinationen von Abgasströmungen zu ändern. Dieses Auswahlventil 530 ist über eine Leitung 531 mit einer Betätigungseinrichtung 532 verbunden. Diese Betätigungseinrichtung 532 wird elektrisch von einer Regeleinrichtung 528 geregelt.

Die Abgasrohre 514 (514 a bis 514 d) sind ebenso wie bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 17 angeordnet und verlaufen vom Motorauslaß zu den Rohrverbindern 519 und 520 und sind durch eine Trennwand 522, welche vertikal in der Mitte der Rohrverbinder angeordnet ist, in einen rechten und einen linken Durchlaß unterteilt.

Im Bereich der Verbindung der Abgasrohre mit dem Motor ist ein Plattenventil 532 auf einem ausgeschnittenen Teil der Trennwand 522 vorgesehen. Durch Drehen dieses Plattenventils 523 um einen bestimmten Winkel gemäß den Fig. 28 (b) und 29 (b) können ein rechter und ein linker Durchlaß 524 x und 524 y geöffnet oder geschlossen werden, so daß beide Abgasströmungsdurchlässe oder lediglich ein Durchlaß verwendet werden können. Das Plattenventil 523 ist über eine Transmission 524 und einen Riemen 526 mit der Betätigungseinrichtung 527 verbunden. Die Trennwand 522, das Plattenventil 523, die Transmission 524, die Betätigungseinrichtung 527 und die mit der Betätigungseinrichtung 527 verbundene Regeleinrichtung 528 bilden ein Abgassystem 529 mit variabler Rohrquerschnittsfläche, durch das die Querschnittsfläche der Abgasrohre 514 verändert wird.

Die dem ersten und vierten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 514 a und 514 d sind im unteren Teil des Chassis und des Verbrennungsmotors 37 und oberhalb der dem zweiten und dritten Zylinder entsprechenden Abgasrohre 514 b und 514 c angeordnet, wobei an einer Stelle oberhalb der Mittellinie der unteren Abgasrohre 514 ein Änderungsventil 530 zur Änderung der Kombination von Abgasrohren vorgesehen ist. Dieses Änderungsventil 530 ist gemäß Fig. 24 über Leitungen 531 mit der Betätigungseinrichtung 532 verbunden, welche ihrerseits elektrisch mit der Steuereinrichtung 528 verbunden ist. Das Änderungsventil 430, die Betätigungseinrichtung 432 sowie die Regeleinrichtung 428 bilden ein Abgasrohr-Kombinationsänderungssystem zur Änderung der Kombination von Abgasrohren im Sinne unterschiedlicher effektiver Längen.

Fig. 25 zeigt Einzelheiten des Plattenventils 523. Es besitzt ein kreisförmiges Bogenende und ist im Abgasrohr 514 so montiert, daß ein kreisförmiger Bogen 523 a des Ventils an der in Strömungsrichtung vorderen Seite und ein Vertikalteil 523 b des Ventils an der in Strömungsrichtung hinteren Seite angeordnet ist.

Das Vertikalteil 523 b ist in eine Welle 535 eingesetzt und an dieser befestigt, woraus sich eine Drehung als einstückiges Ganzes zusammen mit dem Plattenventil 523 ergibt. Die Welle 535 ragt aus der Oberseite heraus und ist durch die Wand der Abgasrohre 514 drehbar gelagert. Eine Gabel 536 ist am herausragenden oberen Teil der Welle 535 befestigt. Diese Ausführung ist für alle anderen Plattenventile, die zwischen den Abgasrohren 514 a bis 514 d angeordnet sind, gleich.

In der Gabel 536 sind Stifte 537 gehalten und durch eine Stange 538 miteinander befestigt, welche durch ein am Motorrad vorgesehenes Halterungsteil 539 so gehaltert ist, daß sie in Achsrichtung frei gleiten kann. An einem Ende der Stange 538 ist eine Zahnstange 540 a befestigt, welche mit einem Ritzel 540 b kämmt, das an einer Riementrommel 541 befestigt ist, um die der Riemen 526 geführt ist. Die durch die Gabel 536, den Stift 537, die Zahnstange 540 a und das Ritzel 540 b gebildete Transmission 525 kann das Plattenventil 523 entweder in den Zustand nach Fig. 28 (b) oder Fig. 29 (b) umsteuern, wenn die Betätigungseinrichtung 527 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 307 auf der Basis des Signals von der Regeleinrichtung 528 betätigt wird.

Auf dem strammen Halterungsteil 539 ist ein Anschlag vorgesehen, um die Bewegung der Stange 538 zu begrenzen. Für die Zahnstange 540 a und das Ritzel 540 b kann ein (nicht dargestelltes) Gehäuse vorgesehen werden.

Das in Fig. 24 dargestellte Änderungsventil 530 ist unter dem Motor 507 zwischen den Rohrverbindern 519, 520 und dem Motor 307 montiert und gemäß den Fig. 26 und 27 mit einem zylindrischen Gehäuse 542 a versehen, in das ein Ventil 542 b eingesetzt ist, das frei um dessen Achse rotieren kann.

Das Gehäuse 542 a besitzt mit dem ersten Abgasrohr 514 a und dem vierten Abgasrohr 514 d verbundene Ein- und Auslässe, während im unteren Teil des Gehäuses 542 a Löcher 546 und 547 vorgesehen sind, welche sich gemäß Fig. 27 zu Löchern im zweiten und dritten Abgasrohr 514 b und 514 c öffnen. Die Abgasrohre 514 und das Gehäuse 542 a sind durch Löten oder Schweißen dicht miteinander verbunden, so daß ein Lecken nicht möglich ist.

In Längsrichtung am anderen Ende des Gehäuses 542 a ist eine ein Lager 548 aufnehmende Abdeckung 549 vorgesehen, während am anderen Ende eine ringförmige Befestigung 550 befestigt ist, an der mittels Schrauben 553 eine ein Lager 551 enthaltende Abdeckung 552 befestigt ist, wobei zwischen der Befestigung 550 und der Abdeckung 552 eine Dichtung 554 vorgesehen ist.

Zur Abdichtung des Lagers 548 in der Abdeckung 549 ist von außen zusätzlich eine Kappe 555 eingesetzt. Gemäß Fig. 27 steht das Ventil 542 b mit dem vollen internen Bogen des Gehäuses 542 a in luftdichtem Kontakt und bildet zwei unabhängige Durchlässe 556 und 557, welche eine Strömung durch das Ventil 542 quer zu dessen Axialrichtung ermöglichen. In der Mitte der Durchlässe sind Trennwände 556 a und 557 a vorgesehen, welche zur Trennwand 522 der Abgasrohre 514 ausgerichtet sind. Auf den Wänden des Ventils 542 gegenüber den Durchlässen sind Dichtungsteile 558 und 559 vorgesehen, um die Löcher 546 und 547 zu öffnen und zu schließen. Diese Dichtungsteile 558 und 559 werden durch Ausnehmungen 558 a und 559 a gebildet, welche zum Innenbogen des zweiten und dritten Abgasrohres 514 b und 514 c ausgerichtet sind, wenn die Löcher 546 und 547 geschlossen sind.

An beiden Enden des Ventils 542 b sind in Achsrichtung herausstehende Wellen 560 und 561 montiert. Diese Wellen 560 und 561 können in den Lagern 548 und 551 frei rotieren, in denen auch das Ventil 542 b innerhalb des Gehäuses 542 a frei rotieren kann.

Die im Lager 541 gelagerte Welle 561 ragt durch die Abdeckung 552 aus dem Gehäuse 542 a heraus, wobei eine Riementrommel 562, um die ein Riemen 531 geführt ist, mittels einer Mutter 563 am freien Ende dieser Welle befestigt ist.

Es sind zwei Riemenstücke 526 und 531 vorgesehen. Diese Riemen können das Plattenventil 523 und das Ventil 542 b in beiden Richtungen drehen, wobei am entsprechenden Riemen gezogen wird. Die Teile des Riemens 531 werden durch eine Führungsplatte 564 in einem bestimmten Abschnitt voneinander gehalten und sind mit einer Abdeckung 565 abgedeckt. Die Führungsplatte 564, die Abdeckung 565 sowie die Abdeckung 552 sind durch die Schrauben 553 an beiden Seiten der Befestigung 550 gesichert. Die Betätigungseinrichtung 527 ist auf dem Motorrad in gleichartiger Weise wie die Betätigungseinrichtung 324 der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 16 montiert.

Information über den Öffnungsgrad einer Drosselklappe in einem Vergaser C gemäß Fig. 16 wird als elektrisches Signal konstant in die Regeleinrichtung 528 eingegeben, so daß die Betätigungseinrichtungen 527 und 532 mit einem Treibersignal gespeist werden können, um die Betriebsstellungen des Plattenventils 523 und des Änderungsventils 530 auf der Basis der Drosselklappeninformation zu regeln, wenn die Drosselklappe einen vorgegebenen Öffnungsgrad erreicht.

Zwar werden die Betätigungseinrichtungen 527 und 532 bei dieser Ausführungsform auf der Basis der Öffnungsänderung der Drosselklappe als Funktion der Drehzahländerung des Motors 307 betätigt. Es ist jedoch auch möglich, an Stelle dieser Informationen oder zusätzlich zu diesen Informationen die Betätigungseinrichtungen auf der Basis einer direkten Erfassung der Drehzahländerung des Motors 307 anzusteuern.

In den Fig. 28, 29 und 30 sind drei Betriebszustände des variablen Abgassystems gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Ändert sich die Motordrehzahl, so wird in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Drosselklappe bei dieser speziellen Drehzahl der geeignete Betriebszustand ausgewählt.

Liegt die Motordrehzahl in einem unteren Bereich, so wird lediglich der Raum 524 y auf einer Seite als Abgasdurchlaß ausgenutzt, wobei der Raum 524 x auf der anderen Seite der Abgasrohre 514 geschlossen wird, so daß das Plattenventil 523 durch Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 527 so geneigt wird, daß es mit der Trennwand 522 gemäß Fig. 28b in Kontakt steht. Dabei hat die Neigung des Plattenventils 523 unter einem spitzen Winkel zur Abgasströmung den Vorteil, daß sich eine glatte Strömung ohne große Turbulenz ergibt.

Bei Betätigung des Plattenventils 523 wird durch die Betätigungseinrichtung 532 auch das Ventil 542 b gedreht, so daß die Löcher 546 und 547 des Gehäuses 542 a durch die Schließteile 558 und 559 geschlossen werden, um die Abgasrohre 514 a bis 514 d unabhängig voneinander zu halten, wie dies in Fig. 28 (c) dargestellt ist. Die kontinuierliche Länge der voneinander unabhängigen Abgasrohre reicht vom Motor 307 zum Rohrverbinder 519 für das erste und vierte Abgasrohr 514 a und 514 d sowie vom Motor 307 zum Rohrverbinder 520 für das zweite und dritte Abgasrohr 514 b und 514 c.

Dabei entsteht ein langer Abgasdurchlaß, so daß der volumetrische Wirkungsgrad im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich durch den dynamischen Impulseffekt zwischen den Abgasrohren 514 von Zylindern mit einer Zündphasendifferenz von 360° erhöht wird. Dabei handelt es sich um den ersten und vierten Zylinder bzw. den zweiten und den dritten Zylinder.

Erreicht die Motordrehzahl den unteren und mittleren Drehzahlbereich, so erhält die Betätigungseinrichtung 527 ein Treibersignal von der Regeleinrichtung 528 auf der Basis dieser Information, wobei gemäß Fig. 29 das Plattenventil 523 so gedreht wird, daß es parallel zur Trennwand 522 steht.

In diesem Zustand werden der rechte und der linke Raum 524 x und 524 y der Abgasrohre 514 zu Abgasdurchlässen. Die äquivalente Rohrlänge der Abgasrohre 514 bleibt daher gleich, wobei jedoch die effektive Querschnittsfläche der Abgasrohre 514 erhöht wird, um einen optimalen Impulseffekt für die Abgase zu erreichen, wenn der Motor im mittleren Drehzahlbereich läuft.

Erreicht die Drehzahl des Motors 307 den hohen Drehzahlbereich, so wird auf der Basis der Sensorinformation von der Regeleinrichtung 528 ein Treibersignal auf die Betätigungseinrichtung 532 gegeben, wobei das Ventil 542 b und das Änderungsventil 530 gemäß Fig. 30 (c) um 180° gedreht werden.

Dabei sind dann das erste und zweite Abgasrohr 514 a und 514 b sowie das vierte und dritte Abgasrohr 514 d und 514 c durch die Durchlaßteile 556 und 557 des Ventils 542 b miteinander verbunden, so daß die Abgasrohre 514 entsprechend der Zündphasendifferenz von 180° der Zylinder auf einer kurzen Strecke miteinander verbunden sind, woraus sich ein effektiver dynamischer Impulseffekt ergibt, um den volumetrischen Wirkungsgrad im Bereich hoher Drehzahlen zu verbessern.

Beim Vergleich der Leistungscharakteristik des Motors 307 gemäß dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel mit der Leistungscharakteristik eines konventionellen Verbrennungsmotors mit einem Abgassystem fester Form und Abmessung ist festzustellen, daß erfindungsgemäß die Leistung in einem großen Drehzahlbereich von kleinen bis zu großen Drehzahlen erhöht und eine gerade Leistungscharakteristik erzielt wird. Wird die Stellung der Drosselklappe plötzlich geändert, so erfolgt eine Zustandsänderung vom Zustand nach Fig. 28 zum Zustand nach Fig. 30 bzw. umgekehrt, wobei diese markante Änderung des Zustandes des Abgassystems zu einem zeitweisen Abfall der Leistung führen kann. Um einen solchen Abfall zu vermeiden, ist es zweckmäßig, daß die Schaltungsanordnung in der Regeleinrichtung so ausgebildet ist, daß sich der Betriebszustand vom Betriebszustand gemäß Fig. 30 zu dem nach Fig. 28 nach einem bestimmten Zeitablauf ändert, wobei der Betriebszustand gemäß Fig. 28 sich zunächst zum Betriebszustand nach Fig. 29 oder der Betriebszustand nach Fig. 30 zum Betriebszustand nach Fig. 29 ändert.

Es ist darauf hinzuweisen, daß Formen, Abmessungen sowie andere Größen für die Komponenten dieser bevorzugten Ausführungsform lediglich beispielhaft angegeben sind und daß es möglich ist, diese Größen den Umständen entsprechend zu ändern.

Beispielsweise sind bei der Ausführungsform die Maßnahmen zur Abgasrohr-Kombinationsänderung sowie zur Änderung der effektiven Rohrlänge und der Änderung der effektiven Querschnittsfläche miteinander kombiniert. Sie können jedoch auch getrennt vorgesehen werden, wobei es auch möglich ist, daß eine der erstgenannten Maßnahmen mit der Maßnahme zur Änderung der effektiven Querschnittsfläche der Abgasrohre vorgesehen wird.

Darüber hinaus wird im Ausführungsbeispiel ein Vierzylinder- Verbrennungsmotor mit in einer Linie liegenden Zylindern in Betracht gezogen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind jedoch nicht auf einen derartigen Motortyp beschränkt. Vielmehr können sie auf eine Vielzahl von Mehrzylinder-Verbrennungsmotor- Typen angewendet werden.

Wie vorstehend ausgeführt, ist diese bevorzugte Ausführungsform durch die Tatsache gekennzeichnet, daß sie zur Realisierung eines dynamischen Impulseffektes der Abgase im unteren, mittleren oder hohen Drehzahlbereich des Motors Maßnahmen zur Änderung der Abgasrohrkombination und deren Querschnittsflächen aufweist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Betrieb eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors in einem weiteren Bereich von Motordrehzahlen in Abhängigkeit von der Komplexität des Systems verbessert.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen machen die Kombination der Abgasrohre eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors in unterschiedlichen Kombinationen und mit unterschiedlichen Mengen möglich, wobei der dynamische Effekt der Impulse in den Abgasrohren ausgenutzt wird, um das Absaugen von Abgasen aus den Zylindern zu unterstützen, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad des Motors verbessert und eine höhere maximale Drehzahl möglich wird. Durch Änderung der Kombinationen und Längen der Abgasrohre von Zylindern mit einer Zünd-Zeittaktdifferenz von 180° und Zylindern mit einer Zünd-Zeittaktdifferenz von 360° kann die optimale Kombination der Abgasrohre zur Nutzbarmachung der dynamischen Impulse in den Abgasströmungen für Motordrehzahlen von kleinen bis zu hohen Drehzahlen realisiert werden.

Eine weitere Verbesserung wird mit der vierten bevorzugten Ausführungsform erreicht, bei welcher die Querschnittsfläche der Abgasrohre so variiert werden kann, daß ein Abgassystem mit wirksamer Ausnutzung des Abgas-Impulseffektes selbst über einen kleineren Motordrehzahlbereich möglich ist. Dabei wird ein Regelsystem mit Sensoren verwendet, welche mit der Drosselklappe sowie mit dem Motorrad-Geschwindigkeitssensor, dem Schalthebel und dem Motordrehzahl-Sensor in Verbindung stehen. Das System kann seinen Betrieb auch während verschiedener Zustände der Drosselklappenöffnung und der Betriebsbedingungen aufrechterhalten.

Durch Anordnung des Abgasrohrkombinations-Änderungsventils zwischen der festen Kombinationsteile der Abgasrohre und dem Motor sowie durch Anordnung dieses Ventils im Sinne eines Schutzes gegen Beschädigung sind die Probleme beherrschbar, die sich bei anderen Konfigurationen ergeben, so daß das System für Motorräder verwendbar ist.

Die Erfindung sieht also ein System und ein Verfahren zur vorteilhaften Ausnutzung von Abgasimpulsen bei einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor zur Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrades im gesamten Betriebsbereich des Motors vor. Es werden bei anderen Systemen auftretende Probleme gelöst, die darin bestehen, daß Abgasimpulse lediglich in einem begrenzten Bereich von Motordrehzahlen vorteilhaft ausgenutzt werden können. Dazu werden die Abgasrohrlängen, deren Kombinationen und deren Querschnittsflächen bei einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor geändert. Auf diese Weise ergibt sich ein Abgassystem, in dem die Abgas-Impulsfrequenzen im gesamten Betriebsbereich des Motors geändert werden können, um eine erwünschte Impulsfrequenzanpassung an den Zylindern-Abgaszeittakt zum wirksamen Absaugen der Abgase zu realisieren, wodurch sich eine Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades und eine höhere maximale Motordrehzahl ergeben. Die verschiedenen Maßnahmen können durch Sensoren geregelt werden, welche mit dem Motordrehzahl-Sensor, dem Schaltmechanismus oder der Drosselklappe oder mit allen diesen Komponenten verbunden sind. Die Maßnahmen eignen sich für jede Art von Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, d. h., für Motoren mit in einer Linie liegenden Zylindern, mit sich horizontal gegenüberliegenden Zylindern oder mit V-förmig angeordneten Zylindern sowie für stationäre Motoren oder Fahrzeugmotoren. Die Maßnahmen lösen auch das mit der Anordnung auf einem Motorrad verbundene Problem, da das Abgasrohr-Kombinationsänderungsventil zwischen dem Motorzylinder- Abgasauslaß und dahinter befindlichen Verbindungen der Abgasrohre vorgesehen ist. Die Ausführung des Systems ist weiterhin so vorgenommen, daß die Komponenten in einfacher Weise gegen Beschädigung geschützt werden können und zu Wartungszwecken einfach zugänglich sind.

Claims (16)

1. Abgassystem für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren mit

• (a) mit Zylindern verbundene Abgasrohre zur Aufnahme von Abgas,
• (b) einer mit den Abgasrohren verbundenen Sammelvorrichtung zur Aufnahme von Abgas, welche die Abgasrohre in unterschiedlichen Kombinationen miteinander verbindet und die Stelle variiert, an der die Abgasrohre miteinander verbunden sind, und
• (c) einer Regeleinrichtung zur Regelung der Kombination miteinander zu verbindende Abgasrohre und deren Verbindungsstelle, wodurch die effektive Länge der Abgasrohre und deren Kombination als Funktion von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors geändert werden.

2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung zur Verbindung der Abgasrohre von verschiedenen Zylindern ein Rechteckventil aufweist, das aus einer Stellung, in der alle Abgasrohre miteinander verbunden sind, in eine Stellung, in der Abgasrohre von Zylindern mit einer Phasendifferenz von 180° miteinander verbunden sind, drehbar ist.

3. Abgassystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor vier Zylinder aufweist, die von einem zum anderen mit einer Phasendifferenz von 180° gezündet werden und jedes von zwei Paaren von Abgasrohren sich zu einer einzigen Strömung in einem in Strömungsrichtung vorderen Teil und in einem in Strömungsrichtung mittleren Teil der Sammelvorrichtung vereinigen und daß sich die Strömungen sodann in einem in Strömungsrichtung hinteren Teil zu einer einzigen Strömung vereinigen.

4. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung so betätigt wird, daß sie selektiv eine Stellung einer ersten und einer zweiten Stellung einnimmt, und daß sich die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 180° in dem in Strömungsrichtung vorderen Teil vereinigen, wenn die Sammelvorrichtung in der ersten Stellung steht und die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 360° sich in dem in Strömungsrichtung mittleren Teil vereinigen, wenn die Sammelvorrichtung in der zweiten Stellung steht.

5. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 180° in dem in Strömungsrichtung mittleren Teil vereinigen, wenn die Sammelvorrichtung in der ersten Stellung steht und die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 360° sich in dem in Strömungsrichtung vorderen Teil vereinigen, wenn die Sammelvorrichtung in der zweiten Stellung steht.

6. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Abgasrohre im Eintrittsbereich der Sammelvorrichtung angeordnet sind und die Sammelvorrichtung zylindrische Form besitzt, gekennzeichnet durch

• (a) ein Paar von in der Sammelvorrichtung um deren Achse drehbar angeordneten ersten Rechteckventilen, die drei Stellungen anzunehmen vermögen, wobei in der ersten Stellung beide Rechteckventile in aufrechter Stellung stehen, in der zweiten Stellung ein Rechteckventil in aufrechter Stellung und das andere Rechteckventil in horizontaler Stellung steht und in der dritten Stellung beide Rechteckventile in horizontaler Stellung stehen, und
• (b) ein in bezug auf die ersten Rechteckventile auf der in Strömungsrichtung hinteren Seite angeordnetes um die Sammelvorrichtungsachse drehbares zweites Rechteckventil vorgesehen ist, das selektiv eine aufrechte und eine horizontale Stellung einzunehmen vermag, wobei sich ein Paar von linken Abgasrohren und ein Paar von rechten Abgasrohren im in Strömungsrichtung vorderen Teil vereinigen, wenn die ersten Rechteckventile in der ersten Stellung stehen, Abgasrohre im in Strömungsrichtung vorderen Teil getrennt gehalten werden, wenn die ersten Rechteckventile in der zweiten Stellung stehen, und ein Paar von oberen Abgasrohren und ein Paar von unteren Abgasrohren im in Strömungsrichtung vorderen Teil vereinigt sind, wenn die ersten Rechteckventile in der dritten Stellung stehen.

7. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch

• (a) ein Paar von innerhalb des in Strömungsrichtung vorderen Teils der Sammelvorrichtung vorgesehenen Rücken zur Trennung von deren Innenraum in einen linken und in einen rechten Raum,
• (b) ein im in Strömungsrichtung vorderen Teil der Sammelvorrichtung vorgesehenes drehbar um deren Achse gelagertes erstes Rechteckventil, das selektiv eine aufrechte und eine horizontale Stellung einzunehmen vermag,
• (c) einen in der Sammelvorrichtung in Strömungsrichtung hinter dem ersten Rechteckventil vorgesehenen Strömungsregler mit aufrechten und horizontalen Leitflächen zur Aufteilung des Innenraums der Sammelvorrichtung in vier Teile,
• (d) ein in der Sammelvorrichtung in Strömungsrichtung hinter dem Strömungsregler vorgesehenes drehbar um deren Achse gelagertes zweites Rechteckventil, das selektiv eine aufrechte und eine horizontale Stellung einzunehmen vermag.

8. Abgassystem insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• (a) eine mit den Abgasrohren verbundene Umleit-Ventileinrichtung, welche die Abgasrohre in verschiedenen Kombinationen zu verbinden vermag,
• (b) eine an den in Strömungsrichtung hinteren Enden der Abgasrohre befestigte Verteilervorrichtung zur Aufnahme von Abgas, und
• (c) eine Regeleinrichtung zur Regelung der Umleitventileinrichtung, wodurch die effektiven Längen der Abgasrohre und deren Kombination als Funktion von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors geändert werden.

9. Abgassystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitventileinrichtung unter dem Verbrennungsmotor -angeordnet ist.

10. Abgassystem nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitventileinrichtung unter und vor dem Verbrennungsmotor angeordnet ist.

11. Abgassystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitventileinrichtung eine Regelventilvorrichtung zur Änderung der Fläche der Abgasrohre aufweist.

12. Verfahren zur Abgasregelung von Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) Abgasrohre zur Aufnahme von Abgas durch eine mit ihnen verbundene Sammelvorrichtung in unterschiedlichen Kombinationen miteinander verbunden und deren Verbindungsstellen geändert werden,
• (b) die Sammelvorrichtung zwecks Änderung der Abgasrohr- Kombinationen und deren Verbindungsstellen als Funktion von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors in wenigstens drei Kategorien unterteilt ist und die Regelung der Sammelvorrichtung auf der Basis dieser Kategorien durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors nach dessen Drehzahl unterteilt ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 für einen Motor mit vier mit einer Phasendifferenz von 180° zueinander gezündeten Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung als Funktion der Betriebsbedingungen so geregelt wird, daß sie selektiv eine Stellung einer ersten und einer zweiten Stellung einnimmt, und daß die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 180° im in Strömungsrichtung vorderen Teil vereinigt werden, wenn die Sammelvorrichtung in der ersten Stellung steht und die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 360° im in Strömungsrichtung mittleren Teil vereinigt werden, wenn die Sammelvorrichtung in der zweiten Stellung steht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 für einen Verbrennungsmotor mit vier mit einer Phasendifferenz von 180° zueinander gezündeten Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung als Funktion der Betriebsbedingungen so geregelt wird, daß die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 180° in dem in Strömungsrichtung mittleren Teil vereinigt werden, wenn die Sammelvorrichtung in der ersten Stellung steht und die Abgasrohre mit einer Phasendifferenz von 360° in dem in Strömungsrichtung vorderen Teil vereinigt werden, wenn die Sammelvorrichtung in der zweiten Stellung steht.