DE4006438C2 - Abgasanlage für einen Viertakt-Vierzylindermotor - Google Patents
Abgasanlage für einen Viertakt-VierzylindermotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für einen Viertakt-Vierzylin
dermotor, dessen vier Zylinder jeweils einen Abgasauslaß aufweisen, mit
vier Auspuffrohren, die an zugehörige Abgasauslässe der Motorzylinder
angeschlossen sind und die abhängig von den Zündzeitpunkten in eine
erste Gruppe und eine zweite Gruppe mit je zwei Auspuffrohren aufge
teilt sind; einer Sammleranordnung, an welche die stromabwärts gelege
nen Enden der Auspuffrohre angeschlossen sind, und mit einer Trenn
einrichtung, die das Innere der Sammleranordnung in zwei Abschnitte
unterteilt, wobei die erste Gruppe mit zwei Auspuffrohren in einen
ersten Abschnitt und die zweite Gruppe mit zwei Auspuffrohren in einen
zweiten Abschnitt eingeleitet werden.
Eine solche Abgasanlage ist insbesondere für ein Motorrad vorgesehen.
Im allgemeinen werden Viertakt-Vierzylindermotoren für Groß-Motor
räder verwendet, wobei es sich insbesondere im Hinblick auf die Hand
habung des Motorrads um Motoren mit hohen Drehzahlen und hohen
Ausgangsleistungen handeln muß.
Das von einem solchen Motor kommende Abgas wird durch mehrere
Auspuffrohre, im vorliegenden Fall vier Auspuffrohre, in einen von
mehreren Schalldämpfern geleitet, die das Auspuffgeräusch dämpfen,
und anschließend wird das Abgas in die Umgebung abgeleitet.
Da allerdings die Längenabmessung des Motorrades auf einen gewissen
Bereich beschränkt ist, sind auch die Längen von an dem Motorradrah
men zusammenzubauenden Auspuffrohren und Schalldämpfern ihrerseits
durch die Länge des Motorrads begrenzt. Dies führt zu dem Problem,
daß Größe und Länge eines Auspuffrohres und eines Schalldämpfers
nicht nur im Hinblick auf das Leistungsvermögen gewählt werden
können, da die durch die Länge und Größe des Motorrads vorgegebenen
Beschränkungen berücksichtigt werden müssen. Es kommt daher bei
einem Motor mit hoher Drehzahl und hoher Ausgangsleistung zu einer
Situation, daß der Motor eine Umdrehungsspanne aufweist, in welcher
die Ausgangsleistung in abträglicher Weise zum Teil in einen Niedrigbe
reich abfällt, so daß der Motor eine geringere Manövrierfähigkeit bietet.
Um diesem Nachteil zu begegnen, sind in herkömmlicher Weise Aus
pufftöpfe für zwei von vier Auspuffrohren vorgesehen, während die
anderen zwei Auspuffrohre durch ein Verbindungsrohr miteinander
verbunden sind, oder es befindet sich eine Trenneinrichtung entspre
chend den Zündabständen der Zylinder von jeweils 180° KW (Kurbel
winkel), die weiter unten noch näher erläutert wird, in der Abgasanlage,
um den Abfall der Ausgangsleistung zu reduzieren. Wird eine solche
Trenneinrichtung - im folgenden als "180°-Zündabstand-Trenneinrich
tung" bezeichnet - verwendet, so muß man Auspuffrohre verwenden, die
jeweils eine relativ geringe Länge aufweisen. Damit läßt sich ein Pulsie
ren des Abgases nicht wirksam ausnutzen. Außerdem muß an der Front
seite eine Sammleranordnung angeordnet werden, was eine Beschrän
kung des Aufbaus des Motorrades darstellt.
Ein Beispiel für eine herkömmliche Abgasanlage eines Viertakt-Vier
zylindermotors wird zunächst anhand der Fig. 7 und 8 näher beschrie
ben.
Gemäß Fig. 7 enthält eine Abgasanlage für einen Viertakt-Vierzylin
dermotor vier Auspuffrohre 101, 102, 103, 104, für die zwei Auspuff
rohre 101 und 104 vorgesehene Auspufftöpfe 200, ein Verbindungsrohr
300, eine Sammleranordnung 400, an welche die einen Enden der jewei
ligen Auspuffrohre angeschlossen sind, eine 180°-Zündabstand-Trenn
einrichtung 500, die sich in der Sammleranordnung 400 befindet und
dazu dient, die Auspuffrohre 101 und 102 von den Auspuffrohren 103
und 104 zu trennen, ein Zwischenrohr 600, das an die Sammleranord
nung 400 angeschlossen ist, und einen an das Zwischenrohr 600 mon
tierten Schalldämpfer 700.
Wie sich aus der Darstellung nach Fig. 8 ergibt, befindet sich die
Trenneinrichtung 500 in einer vertikalen Anordnung und sie unterteilt
das Innere der Sammleranordnung 400 in zwei Abschnitte, wobei eine
erste Gruppe, welche die Auspuffrohre 101 und 102 umfaßt, in einen
ersten Abschnitt eingeleitet wird und wobei eine zweite Gruppe,
welche die Auspuffrohre 103 und 104 umfaßt, in einen zweiten Ab
schnitt dieser Sammleranordnung 400 eingeleitet wird. Wenn die
Zündfolge in der Reihenfolge der Auspuffrohre 101, 102, 104 und 103
erfolgt, dann beträgt der Zündabstand 800 KW, so daß die Trenneinrich
tung 500 als eine 180°-Zündabstand-Trenneinrichtung bezeichnet wird.
Aufgrund dieser Ausbildung der Trenneinrichtung 500 bei einer her
kömmlichen Abgasanlage treten die eingangs erläuterten Probleme und
Schwierigkeiten auf.
Darüber hinaus ist aus der DE 5 04 947 eine Viertakt-Brennkraftmaschi
ne mit für je eine Gruppe von mehreren Zylindern gemeinsamen Aus
puffsammelrohren bekannt, welche die Abgase einer für mehrere
Sammelrohre gemeinsamen Auspuffeinrichtung zuleiten, wobei die
Zündfolge der Zylinder in der Weise gewählt ist, daß wechselseitig die
Druckwelle, die von den Auspuffgasen der einem Sammelrohr ange
hörenden Zylinder hervorgerufen wird, während des letzten Teiles der
Auspuffperiode der anderen, einem anderen Sammelrohr angehörenden
Zylinder durch einen Sauglüfter eine Saugwirkung erzeugt, wobei ferner
die Auspuffperioden der in dasselbe Sammelrohr auspuffenden Zylinder
einander nicht oder nur in geringem Grade überschreiten. Die Gruppie
rung der in dasselbe Auspuff-Sammelrohr auspuffenden Zylinder ist
durch die gegenseitige Versetzung der Kurbelkröpfungen und die sich
hieraus ergebende Zündfolge bestimmt.
Darüber hinaus ist aus der US-PS 3 491 534 eine Auspuffanlage für
einen Mehrzylinder-Motor bekannt, wobei eine Anzahl von Auspuff
rohren in eine gemeinsame Sammleranordnung einmündet, die ihrerseits
an ein endseitiges Abgasrohr angeschlossen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Abgasanlage für einen Viertakt-Vierzylindermotor mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem Ziel, einen
Niedrigleistungsbereich dieses Motors zu vermeiden, vielmehr bei ver
besserter Manövrierfähigkeit eine hohe Drehzahl und eine hohe Aus
gangsleistung beizubehalten, wobei darüber hinaus diese Abgasanlage in
der Weise ausgebildet sein soll, daß sie sich verhältnismäßig leicht an
einem Fahrzeugaufbau, insbesondere an einem Motorrad, montieren
läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Kombination der Merkmale a),
b) und c) gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasanla
ge ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß die vier Auspuffrohre an die jeweiligen Motorzylinder
gleichsam voneinander unabhängig angeschlossen werden, wird ein
Unterdruck der Auspuff-Pulsation in dem einen Zylinder mit den Öff
nungszeitpunkten des Auspuffventils des anderen Zylinders synchroni
siert, so daß letztendlich die Effektivität der Abgasanlage verbessert
wird. In üblicher Weise umfaßt die Druck-Pulsation Unterdruck- sowie
Überdruck-Anteile und, falls ein Betrieb im Überdruckbereich stattfin
det, wird ein umgekehrter Effekt erzielt, wodurch die Ausgangsleistung
reduziert wird. Infolgedessen ist eine Synchronisation mit den Öffnungs
zeitpunkten des Auspuffventils erforderlich. Die Ausbreitungsgeschwin
digkeit der Pulsationen entspricht einer Schallgeschwindigkeit, welche
konstant ist, falls irgendein Faktor, wie z. B. die Temperatur, bestimmt
wird, und infolgedessen pflanzt sich die Pulsation nach einer vorgegebe
nen Zeitspanne zu dem Ventil hin fort. Auf der anderen Seite wird eine
zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Öffnung eines Ventils
des einen Zylinders und dem Zeitpunkt des Öffnens eines Ventils des
anderen Zylinders in Übereinstimmung mit der Drehzahlerhöhung des
Motors verkürzt. Mit anderen Worten, eine Verbesserung hinsichtlich
einer Ausgangsleistung ist im Falle einer spezifischen Drehzahl, d. h.
einer spezifischen Geschwindigkeit, zu beobachten, und eine "Lücke" in
der Ausgangsleistung liegt zwischen den zunehmenden Drehzahlen der
jeweiligen Zylinder vor. Mit Rücksicht auf die wie oben erläuterten
Gegebenheiten ist die vorliegende, erfindungsgemäße Abgasanlage in der
Weise konstruiert, daß ein Niedrigbereich hinsichtlich der Motoraus
gangsleistung vermindert wird.
Insbesondere dann, wenn die Auspufftopfanordnungen stromaufwärts
seitig von dem Anschlußbereich der Auspuffrohre an zugehörige Ab
gasauslässe der Motorzylinder angeordnet werden, können die Über
druck-Pulsationen, welche durch die Erzeugung von Lücken in der
Ausgangsleistung verursacht werden, durch die Auspufftöpfe absorbiert
werden, bevor diese Pulsationen auf die Auspuffventile einwirken.
Durch diese Maßnahmen lassen sich ungünstige Auswirkungen aufgrund
der Überdruck-Pulsationen verringern bzw. vermeiden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Abgasanlage eines Viertakt-Vier
zylindermotors;
Fig. 2 eine Vorderansicht der Anlage nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Anlage nach Fig. 1 und 2;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine vollständige Abgasanlage gemäß
der Erfindung;
Fig. 5 eine Seitenansicht der Abgasanlage nach Fig. 4; und
Fig. 6 eine Schnittansicht des vorderen Abschnitts einer Sammler
anordnung für die Abgasanlage nach Fig. 5.
Gemäß Fig. 5 sind in einem Viertakt-Vierzylindermotor 5 für ein Motor
rad vier Zylinder 6 horizontal in Reihe angeordnet. Jeder der Zylinder 6
des Motors 5 besitzt einen Abgasauslaß 7, an welchen ein Auspuffrohr 8
angeschlossen ist. Das Auspuffrohr 8 gemäß Fig. 5 ist gleichsam als
repräsentativ für die Gesamtheit der einzelnen Auspuffrohre 1, 2, 3 und
4 gemäß den übrigen Figuren, z. B. Fig. 1, dargestellt. Ein vorderer
Abschnitt des Auspuffrohres 8 gemäß Fig. 5 steht mit einer Auspufftopf
anordnung in Verbindung.
Wie sich insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ersehen läßt, enthält eine
Auspufftopfanordnung zwei Auspufftöpfe 9 und steht mit den Auspuff
rohren 1 und 2 in Verbindung, während die andere Auspufftopfanord
nung zwei Auspufftöpfe 9 enthält, die mit den Auspuffrohren 3 und 4 in
Verbindung stehen.
Jeder der Auspufftöpfe 9 muß ein Innenvolumen aufweisen, das minde
stens größer als das Auspuffvolumen eines jeden Auspuffrohres ist.
Die Verbindung einer Auspufftopfanordnung mit dem Auspuffrohr 8
erfolgt durch ein Verbindungsloch 10, das einen Durchmesser von etwa
10 bis 12 mm besitzt. Im dargestellten Beispiel sind zwei Auspufftopf
anordnungen vorhanden, wobei jede von diesen durch eine Trennwand
11 in zwei Auspufftöpfe 9 unterteilt ist, die mit den jeweiligen Auspuff
rohren in Verbindung stehen. Somit kommunizieren einzelne Aus
pufftöpfe 9 mit den Auspuffrohren 1, 2, 3 und 4. Die Auspuffrohre 1
und 4 einerseits und die Auspuffrohre 2 und 3 andererseits stehen mit
einander über Verbindungsrohre 12 in Verbindung, die hinter der Aus
pufftopfanordnung angeordnet sind. Nicht mit Bezugszeichen versehene
Verbindungslöcher, die jeweils einen Durchmesser von etwa 10 bis 12
mm aufweisen, sind in den Auspuffrohren ausgebildet, um diese mit den
Verbindungsrohren 12 zu verbinden. Dies stellt eine bevorzugte Ausfüh
rungsform im Hinblick auf die Wirksamkeit einer Widerstandsverringe
rung dar.
Die rückwärtigen, d. h. die stromabwärts gelegenen Enden der jeweiligen
Auspuffrohre 1, 2, 3 und 4 sind an eine Sammleranordnung 13 ange
schlossen, vgl. Fig. 6, derart, daß die Auspuffrohre 1 und 4 in der
Sammleranordnung 13 oben und die Auspuffrohre 2 und 3 in der Samm
leranordnung 13 unten liegen. Außerdem wird das Innere dieser Samm
leranordnung 13 durch eine Trenneinrichtung 14, die gemäß Fig. 6 z. B.
horizontal angeordnet ist, in zwei Abschnitte unterteilt, wobei, wie
ebenfalls aus Fig. 6 hervorgeht, die Auspuffrohre 1 und 4 in dem obe
ren Abschnitt der Sammleranordnung 13 und die Auspuffrohre 2 und 3
in dem unteren Abschnitt der Sammleranordnung 13 angeordnet sind.
Wenn bei dieser Ausgestaltung die Zündungen nacheinander in der
Reihenfolge der Auspuffrohre 1, 2, 4 und 3 erfolgen, die voneinander
durch die Auspuff-Zeitpunkte getrennt sind, dann werden die Zündab
stände von jeweils 360° KW erhalten, daher läßt sich die Trenneinrich
tung 14 von dieser Art auch als eine 360°-Zündabstand-Trenneinrichtung
bezeichnen. Aufgrund dieser Ausgestaltung der Trenneinrichtung 14 läßt
sich die Länge der Auspuffrohre in bevorzugter Weise lang gestalten.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, ist das hintere Ende der Sammleranord
nung 13 an ein Sammelauspuffrohr 15 angeschlossen, an dem zum
Dämpfen des Auspuffgeräusches eine Schalldämpfereinrichtung 16 mon
tiert ist.
Wie sich aus der vorangehenden Beschreibung ergibt, wird bei der
erfindungsgemäß ausgebildeten Abgasanlage das Abgas des Motors
durch die mit den vorderen Abschnitten der jeweiligen Auspuffrohre 1,
2, 3 und 4 in Verbindung stehenden ersten und zweiten Auspufftöpfe 9
beeinflußt, um so die Erzeugung eines Leistungsabfalls zu unterdrücken.
Die ersten und zweiten Verbindungsrohre 12 und die ersten und zweiten
Abschnitte der Trenneinrichtung 14 sind untereinander in dualer Weise
verbunden, um sie in Abhängigkeit von den Auspuff-Zeitpunkten zu
trennen und um den Gegendruck zu reduzieren.
Die Ausgestaltung der 360°-Zündabstand-Trenneinrichtung ermöglicht
es, Auspuffrohre zu verwenden, die jeweils eine relativ große Länge
besitzen, ohne daß hierdurch in abträglicher Weise die Montageposition
für die Sammleranordnung 13 geändert werden müßte.
Claims (4)
1. Abgasanlage für einen Viertakt-Vierzylindermotor, dessen vier
Zylinder jeweils einen Abgasauslaß aufweisen, mit
- - vier Auspuffrohren, die an zugehörige Abgasauslässe der Motorzylin der angeschlossen sind und die abhängig von den Zündzeitpunkten in eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe mit je zwei Auspuffrohren aufgeteilt sind;
- - einer Sammleranordnung, an welche die stromabwärts gelegenen Enden der Auspuffrohre angeschlossen sind, und
- - einer Trenneinrichtung, die das Innere der Sammleranordnung in zwei Abschnitte aufteilt, wobei die erste Gruppe mit zwei Auspuffrohren in einen ersten Abschnitt und die zweite Gruppe mit zwei Auspuffrohren in einen zweiten Abschnitt eingeleitet werden,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
- a) die Gruppenzuordnung der Auspuffrohre (1, 2, 3, 4) erfolgt in der
Weise, daß
- - das Auspuffrohr (1) des ersten Zylinders der ersten Gruppe,
- - das Auspuffrohr (2) des zweiten Zylinders der zweiten Gruppe,
- - das Auspuffrohr (4) des vierten Zylinders der ersten Gruppe, und
- - das Auspuffrohr (3) des dritten Zylinders der zweiten Gruppe zugeordnet werden;
- b) es sind Auspufftopfanordnungen vorgesehen, von denen eine erste Auspufftopfanordnung den vorderen Abschnitt des Auspuffrohres (1) des ersten Zylinders mit dem vorderen Abschnitt des Auspuffrohres (2) des zweiten Zylinders verbindet und eine zweite Auspufftopfanordnung den vorderen Abschnitt des Auspuffrohres (3) des dritten Zylinders mit dem vorderen Abschnitt des Auspuffrohres (4) des vierten Zylinders verbindet, wobei jedes Auspuffrohr (1, 2, 3, 4) jeweils über Verbindungslöcher (10) an einen Auspufftopf (9) akustisch angekoppelt ist;
- c) es sind zwei Verbindungsrohre (12) vorgesehen, von denen ein erstes Verbindungsrohr (12) die beiden zur ersten Gruppe gehörigen Auspuffrohre (1, 4) und ein zweites Verbindungsrohr (12) die beiden zur zweiten Gruppe gehörigen Auspuffrohre (2, 3) jeweils durchströmbar miteinander verbinden.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß an ein stromabwärts gelegenes Ende der
Sammleranordnung (13) ein Sammelauspuffrohr (15) angeschlossen ist,
an welches eine Schalldämpfereinrichtung (16) montiert ist.
3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auspufftopf (9) ein Innenvolumen
aufweist, welches größer ist als ein Auspuffvolumen eines jeden
Auspuffrohres (1 bis 4).
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