DE3911809A1 - Exhaust manifold for naturally aspirated engine - incorporates convergent outlet pipe which forms thrust nozzle - Google Patents

Exhaust manifold for naturally aspirated engine - incorporates convergent outlet pipe which forms thrust nozzle

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Abstract

The naturally aspirated multi-cylinder piston engine has an exhaust manifold which can be formed in different designs as thrust nozzles. In this addition to the original system the part of the exhaust pipe (K1) which forms the thrust nozzle has a first part of progressively increasing dia. This increase in dia. corresponds to the increase in the flow of exhaust gas as each cylinder (323(1)) to (325(4)) discharges into the exhaust manifold. The second part of the exhaust pipe (K1) has a progressively decreasing dia. (42). The exhaust pipe is so curved over the part (K1) that the exhaust gas shock wave impinges on two surfaces (410;411) before reaching the straight part (52). USE/ADVANTAGE - Utilisation of energy in exhaust gas from IC engine.

Description

Die Aufgabe dieser Patentanmeldung besteht darin, die technologische Ent­ wicklung der Abgasanlage für Kraftwagen zusammenfassend für ihre Elemente Schubdüse/Langrohr/finale Schalldämpfung in der Weise darzustellen, daß die Herstellung der Motorleistung integriert mit äußerster Armut des fi­ nalen Schadstoffauswurfes für den Abstimmungsingenieur herstellbar ist. Zur Herstellung des Endausbrandes im Motorbrennraum der verschiedenen Zy­ linder liegt ihr besonderer Schwerpunkt darin, unter Ausnutzung des beson­ deren Leistungsaufbaus der Anlage primär zugleich die richtige Dosierung des ansaugseitigen Kraftstoff/Luftgemenges vornehmen zu können, da mit ihr im Unterschiede zu nachträglichen Zusatzluft-Einbringungen die innige Kraftstoff/Luft-Mischung erreichbar ist, die bereits in den Motorbrenn­ räumen entstanden sein muß, um vollkommenen Endausbrand zu erzielen. Es sind bewährte Zusatzluft-Positionen für den Fall angegeben, daß derarti­ ge Anlagen auch im Gebrauchtfahrzeugmarkt angewendet werden, bei dem es in der Regel nicht möglich ist, auch die korrespondierende ansaugseitige Feinabstimmung vorzunehmen, die zur korrekten Gesamtdurchführung des be­ schriebenen Systems meßtechnisch erforderlich ist. Ausgearbeitete Zusatz­ luft-Einbringungsverfahren werden für den Spezialisten als Zusatzanmeldun­ gen nachgereicht werden.The task of this patent application is the technological ent Development of the exhaust system for motor vehicles in summary for their elements To represent thrust nozzle / long tube / final sound absorption in such a way that the production of the engine power integrated with extreme poverty of the fi nalen pollutant ejection for the voting engineer is producible. To produce the final burnout in the engine combustion chamber of the various Zy Her special focus is on taking advantage of the special the performance of the system is primarily the correct dosage the fuel / air mixture on the intake side, as with you, in contrast to subsequent additions of additional air, the intimate Air / fuel mixture is achievable already in the engine combustion clearing must have arisen in order to achieve complete burnout. It proven additional air positions are given in the event that suchi systems can also be used in the used vehicle market, where it is usually not possible, even the corresponding intake-side To fine-tune the correct overall implementation of the be written system is required for measurement. Elaborated addition Air introduction procedures are an additional registration for the specialists be submitted later.

Diese Anmeldung geht aus von der Hauptanmeldung P 39 05 405.5 (20. 2. 1989). Typenbezogene Anlagen, die meßtechnische Dokumentationen hinsichtlich ih­ res Wirkungsgrades besitzen, werden im Markt angeboten werden und sind auch mit ihren ansaugseitigen Maßnahmen durch den Fachservice handhabbar. Diese Hauptanmeldung hatte erstmalig das aus den Strahlantriebsentwicklungen be­ kannte Schubdüsenverfahren auch auf die von Mehrzylinder-Langrohranlagen ausgeworfene Abgassäule angewendet, um damit in der Ventilüberschneidungs­ zone der Kraftwagen-Viertaktmotoren die auf den ansaugseitigen Beladungs­ prozeß des Motors wirkende nachsaugende Wirkung der Abgassäule optimal ab­ zustimmen. Das Verfahren besteht im Prinzip darin, den bisher ohne Verbrauchs­ erhöhung nicht steigerbaren Luftbeladungsgrad der Kraftstoff/Luft-Mischung der Viertakt-Spülsysteme so zu erhöhen, das bisherige Verlustenergien der Spülsysteme vermieden werden und eine bessere Kraftstoff-Ausnützung gesi­ chert ist. This application is based on the main application P 39 05 405.5 (February 20, 1989). Type-related systems, the metrological documentation with regard to own efficiency, will be offered in the market and are also with their intake-side measures can be handled by the specialist service. These The main application had this for the first time from the jet drive developments Known thrust nozzle process also on that of multi-cylinder long pipe systems ejected exhaust column applied to keep it in the valve overlap zone of the motor four-stroke engines on the intake-side loading process of the engine optimally absorbing effect of the exhaust column agree. In principle, the process consists of the one that has so far been without consumption Increase in the air load ratio of the fuel / air mixture that cannot be increased of the four-stroke flushing systems to increase the previous energy losses Flushing systems are avoided and better fuel utilization is ensured chert is.  

Diese Beschreibung folgt den schutzrechtlich wichtigen Gesichtspunkten. Sie definiert auch für Lizenznehmer des Faches mit ihren Schemazeich­ nungen, wie sie innerhalb schutzrechtlicher Darstellungen üblich sind und keine Maßangaben enthalten, die technologischen Zusammenhänge. DieThis description follows the important points of protection law. It also defines for licensees of the subject with their schematic drawing such as are common within protective law presentations and do not contain dimensions, the technological context. The

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch das Schubdüsensystem, das darin be­ steht, den Auswurf der Mehrzylinder-Abgasleitungen (323/1 bis 323/4) ab­ rupt in eine sogenannte Lorindüse (= Schubdüse) zu zeigen, die darin besteht, die Auswürfe nicht einfach nur in einer oder mehreren Sammelrohr­ leitungen zu reinigen, sondern sie in einen ansteigenden Längsraum (K 1) einlaufen zu lassen, dessen Querschnitt entsprechend der anwachsenden Ab­ gasmenge zunimmt und bezogen hierauf die darin liegende Entwicklung der Auswurfenergien begünstigt. Diese Beibehaltung und Ausnützung der Aus­ wurfenergien mit ihren innewohnenden Drücken, Dichten und Temperaturen begünstigt jede ihr nachfolgende Frischladung des Motors, indem sie mit ihrer Qualität als "Abruptauswürfe" die geringstmöglichen Widerstän­ de für alle ihr folgenden Frischladungsprozesse herbeiführt. Fig. 1 and 2 show schematically the thrust nozzle system, which is to be the ejection of the multi-cylinder exhaust pipes ( 323/1 to 323/4 ) from rupture in a so-called Lorindüse (= thrust nozzle), which consists in not ejecting simply to clean pipes in one or more header pipes, but to let them run into an increasing longitudinal space (K 1 ), the cross-section of which increases in accordance with the increasing amount of exhaust gas and, based on this, favors the development of ejection energy therein. This maintenance and exploitation of the ejection energies with their inherent pressures, densities and temperatures favors every subsequent fresh charge of the engine, since with its quality as "abrupt ejections" it brings about the least possible resistance for all subsequent fresh charge processes.

Bei der Schemazeichnung Fig. 1 ist zu beachten, daß in ihr der Über­ gang aus der Senkrechten in die Horizontale des Unterflurbetriebs nicht eingezeichnet ist: die Bezeichnung VZ bedeutet "Verdrehungszone", d. h. einen Verstellbereich, mit dem der Übergang in den horizontal verlau­ fenden Unterflurbereich bzw. in sonstige Raumbedingungen erfolgt. Die marktfertig ausgearbeiteten Anlagen enthalten die dafür von Fall zu Fall erforderlichen Informationen. Die Schemazeichnungen 1 und 2 sichern mit ihren Konstruktionen, welche mit ihren gesteigerten Auswurfenergien den Beladungsprozeß des Motors im Unterschiede zu üblichen querschnittsglei­ chen Rohrleitungen positiv beeinflussen, interessante Motorleistungen. Die Schemazeichnungen der Fig. 3 und 4 zeigen die Konstruktion der finalen Schalldämpfungskonstruktionen, welche auf die Vorzüge des Schub­ düsensystems meßtechnisch abgestimmt sind. Die dies sehr ausführlich beschreibenden 12 Ansprüche erklären die auch für diese Konstruktionen maßgeblichen Gesichtspunkte, so daß die Sicherheit besteht, daß optima­ le Schalldämpfung die hervorragende und von Anwendungsfall zu Anwendungs­ fall abgestimmte besondere Motorleistung und die Schadstoffarmut nicht beeinträchtigt. . In the schematic of Figure 1 is to be noted that in it the transitional is not drawn from the vertical to the horizontal position of the underground operation: the designation VZ means "twisting zone", ie an adjustment that allows the transition to the horizontal duri fenden underfloor area or in other room conditions. The ready-made systems contain the information required for this on a case-by-case basis. Schematic drawings 1 and 2 ensure interesting engine performance with their designs, which, with their increased ejection energies, have a positive effect on the loading process of the engine, in contrast to conventional cross-sectional pipelines. The diagrams of Figs. 3 and 4 show the construction of the final sound damping constructions, which are matched to the advantages of the thrust nozzle system by measurement. The 12 claims, which describe this in great detail, explain the points of view which are also relevant for these constructions, so that there is certainty that optimal sound absorption does not impair the excellent engine power and the low level of pollutants, which is coordinated from case to case.

Claims (12)

1. Arbeitsverfahren selbstansaugender Mehrzylinder-Kolbenmotoren, deren einzelne Kolbenstreckenauswürfe gemäß Anspruch 1 und 2 der Anmeldung P 39 05 405.5 ohne Zwischenvolumen ausgestattete Abgasrohre passieren, deren Ausmündungen (Fig. 1 und 2) in ein Sammelrohrsystem gelangen, das in verschiedenen Auslegungen als Schubrohr (Lorindüse) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubrohrteil dieser zusammenfassenden Leitungsstrecke (K 1) zwi­ schen seiner lorindüsenartigen Erweiterung und ebensolchen Verengung (42) zum Wärmeaufbau mittig eine solche Abfolge von Krümmungen aufweist,
daß die den einzelnen Abgasauswürfen vorlaufende Stoßwelle an den Innen­ wandungen dieser Leitungsstrecke noch vor Übertritt in das Langrohr (52) mindestens zwei Prallwand-Umleitungen an Schrägflächen (410, 411) erfährt.1. Working method of self-priming multi-cylinder piston engines, the individual piston section ejections according to claim 1 and 2 of the application P 39 05 405.5 pass exhaust pipes equipped without intermediate volume, the outlets ( Fig. 1 and 2) get into a manifold system, which in various designs as a thrust tube (Lorindüse ) is designed, characterized in that the thrust tube part of this summarizing line section (K 1 ) between its lorine nozzle-like extension and the same constriction ( 42 ) for heat build-up has such a sequence of curvatures in the center,
that the shockwaves leading to the individual exhaust gas ejections on the inner walls of this line section undergoes at least two baffle diversions on inclined surfaces ( 410, 411 ) before they pass into the long tube ( 52 ). 2. Arbeitsverfahren gemäß Hauptanspruch, dadurch gekennzeichnet, daß Zu­ satzluft-Einzug (ZL) mittig des Sammelrohrs (Fig. 1) oder stromaufwärts des Schubrohres (Fig. 2) oder abgestimmt gleichzeitig an beiden Positionen der Leitungsstrecke oder nur durch neuausgelegte Ansaugstrecke stattfindet.2. Working method according to the main claim, characterized in that To set air intake (ZL) in the center of the manifold ( Fig. 1) or upstream of the push tube ( Fig. 2) or coordinated simultaneously at both positions of the line section or only by redesigned intake section. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im strom­ aufwärtigen Teil des Schubrohres (Fig. 2) vorgesehene Zusatzluft-Einleitung mittels eines Gebläses betrieben wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the additional air inlet provided in the upstream part of the thrust tube ( Fig. 2) is operated by means of a blower. 4. Verfahren gemäß vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft-Leitungsstrecken stromaufwärts schallgedämpft sind. 4. The method according to the preceding claims, characterized in that the Auxiliary air lines are silenced upstream.   5. Verfahren gemäß Hauptanspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich mit der Abstimmung des Sammelrohres eine solche Neu-Abstimmung der An­ saugstrecke erfolgt, die den höheren Luftbeladungsgrad liefert, der durch die größere nachsaugende Wirkung des schubdüsenartigen Sammelrohres er­ möglicht ist (= Vergasungskontrolle aller Betriebszustände).5. The method according to the main claim, characterized in that at the same time with the tuning of the collecting pipe, such a re-tuning of the An Suction route takes place, which provides the higher degree of air pollution caused by the greater suction effect of the thruster-like manifold he is possible (= gasification control of all operating states). 6. Verfahren gemäß vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das der Schubdüse folgende querschnittsgrößte Langrohr (52 in Fig. 1 und 3) mittels gleichzeitiger Abstimmung der stromaufwärtigen Auslegung des akustischen Finalelementes gemäß Fig. 3 (= lediglich der Konstrukti­ onsgruppe 52/V 1/53ff./60/61/V 2/62/54) mit Offen-Rohrmessung der Rohr­ strecke 54 ermittelt wird und erst danach das akustische Schlußvolumen (V 3) mit Endrohr (55 in Fig. 3).6. The method according to the preceding claims, characterized in that the thrust nozzle following the largest cross-section long tube ( 52 in Fig. 1 and 3) by simultaneous tuning of the upstream design of the acoustic final element according to Fig. 3 (= only the construction group 52 / V 1 / 53 ff./ 60/61 / V 2 / 62/54 ) with open pipe measurement of pipe section 54 is determined and only then the final acoustic volume (V 3 ) with tail pipe ( 55 in Fig. 3). 7. Verfahren gemäß vorigen Ansprüchen (insbesondere gemäß Anspruch 5), dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Langrohr (52), in welches die Mehr­ zylinder-Schubdüse (K 1 in Fig. 1 und 2) übergeht, auch innerhalb des akustischen Finalelementes (vgl. Fig. 3) ein "Abruptauswurf" in der Weise vorgesehen ist, daß die Ausmündung des Langrohres auf die Spitze eines geraden Kreiskegels (60 in Fig. 3) gerichtet in ein optimal für alle Betriebszustände abgestimmtes Volumen (V 1) die Gesamtheit der Abgas­ quanten aller Motorzylinder abrupt, d. h. übergangslos, auswirft.7. The method according to the preceding claims (in particular according to claim 5), characterized in that after the long tube ( 52 ) into which the multi-cylinder nozzle (K 1 in Fig. 1 and 2) passes, also within the acoustic final element (see Fig. 3) an "abrupt ejection" is provided in such a way that the mouth of the long tube directed towards the tip of a straight circular cone ( 60 in Fig. 3) in a volume (V 1 ) optimally matched to all operating conditions, the entirety of the exhaust gas quantum all engine cylinders abruptly, that is, seamlessly. 8. Verfahren gemäß vorigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche des Kreiskegels (60) als Schrägwand so ausgelegt ist, daß die daran reflektierte Verdrängungsenergie (Enthalpie) auf die Mündungen (= Lochungen) der Rohrgruppe (53ff.) gerichtet ist, aus welcher der Übergang in das akustische Folgevolumen (V 2) stattfindet.8. The method according to the preceding claim, characterized in that the baffle of the circular cone ( 60 ) is designed as an inclined wall so that the displacement energy reflected thereon (enthalpy) is directed towards the mouths (= perforations) of the tube group ( 53 ff.) which the transition into the acoustic follow-up volume (V 2 ) takes place. 9. Verfahren gemäß vorigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel (53ff.) aus identischen Einzelrohren besteht, die mittig ih­ re Einlauföffnungen aus dem Volumen (V 1) aufweisen.9. The method according to the preceding claim, characterized in that the tube bundle ( 53 ff.) Consists of identical individual tubes which have their central inlet openings from the volume (V 1 ). 10. Verfahren gemäß vorigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre des Bündels (53ff.) nur einseitig geöffnet sind und aus Öffnungen in das Folgevolumen (V 2 in Fig. 3 und 4) aus dem mittigen Einlauf sowohl einen direkten Auswurf in das Folgevolumen (V 2) vollzie­ hen wie je Rohr einen ständig aus geschlossenem Rohrende reflektierten Auswurf (spezielle Form der akustischen Divergenz/Konvergenz). 10. The method according to the preceding claim, characterized in that the individual tubes of the bundle ( 53 ff.) Are only open on one side and from openings in the subsequent volume (V 2 in Fig. 3 and 4) from the central inlet both a direct ejection in the subsequent volume (V 2 ), like each pipe, executes an ejection that is constantly reflected from the closed pipe end (special form of acoustic divergence / convergence). 11. Verfahren gemäß vorigen Ansprüchen, insbesondere den Ansprüchen 6ff., dadurch gekennzeichnet, daß (vgl. Fig. 3) das akustische Fi­ nalelement in zweit getrennte Konstruktionsgruppen je Unterflurbedin­ dungen bzw. sonstige Raumverhältnisse aufgeteilt wird, deren strom­ aufwärtige nur die Volumina V 1 und V 2 enthält, währen das stromabwär­ tige nur aus dem Volumen V 3 besteht und beide durch das zum Teil au­ ßen freiliegende Abgasrohr (54) miteinander verbunden werden (in der Schemazeichnung vgl. die gestrichelte Linie, welche die Trennstelle be­ zeichnet).11. The method according to the preceding claims, in particular claims 6ff., Characterized in that (see FIG. 3) the acoustic fi nal element is divided into two separate construction groups depending on the underfloor conditions or other spatial conditions, the upstream of which only the volumes V 1 and contains V 2 , while the downstream consists only of the volume V 3 and both are connected to each other by the partially exposed outside exhaust pipe ( 54 ) (in the schematic drawing, see the dashed line indicating the point of separation). 12. Verfahren gemäß vorigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß (vgl. Fig. 4) die Aufteilung des akustischen Finalelementes gemäß Schema­ zeichnung Fig. 4 zwischen den Volumen V 1, V 2 und V 3 einerseits und dem Volumen V 4 andererseits durchgeführt wird.12. The method according to the preceding claim, characterized in that (see FIG. 4) the distribution of the acoustic final element according to the drawing in FIG. 4 between the volumes V 1 , V 2 and V 3 on the one hand and the volume V 4 on the other hand is carried out.
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