SE464097B - Utblaasningsroer verkande som resonator vid foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

464 097 vågor i utblåsningsröret, är av stor betydelse for motorns prestanda. Genom att enligt ovan åstadkomma ett undertryck vid avgasporten vid slutet av utblåsningsslaget uppnår man således att resterande förbränd gas i cylindern, vilken kolven ej förmår pressa ut, sugs ut och dessutom erhålles till följd av den angivna överlappningen mellan utblåsnings- och insugningsventilens öppna lägen, även en första fyllning av cylindern med ny bränsleblandning innan någon egentlig sug- effekt uppkommer till följd av kolvens nedåtgående rörelse.

Denna teknik utnyttjas exempelvis vid speedway-motorcyklar, varvid man dessutom för att förbättra utblåsningsrörets eva- kueringsförmåga utför detta trattformat. Härvid kan man upp- nå en förhållandevis hög effekt vid maximalt varvtal. Ljud-l nivån blir emellertid mycket hög och i vissa fall oacceptabel.

Vid utnyttjandet av den ovan angivna mottryckvågen vid två- taktsmotorer kan man förutom att minimera den mängd färsk bränsleblandning som försvinner ut genom utblåsningsporten erhålla en återmatning av sådan bränsleblandning som ändå pressats ut och därvid uppnå viss ytterligare överladdning av cylindern.

I det som resonator tjänande utblåsningsröret utnyttjar man således de naturliga resonanssvängningarna hos luftpelaren i röret, som därvid arbetar som kvartsvågsresonator. Detta innebär emellertid den väsentliga nackdelen, att resonans endast uppnås vid ett specifikt motorvarvtal och udda mul- tiplar av detta. Härav följer således,att man endast kan uppnå optimal prestanda hos motorn vid ett enda varvtal och att resonanseffekterna märkbart försämras så snart man av- viker från detta varvtal. Utanför resonansområdet kan an- vända resonatorer även ge upphov till en motverkan.

I ljuddämparsammanhang har man tidigare föreslagit att ut- nyttja utblåsningsrör med slitsformade öppningar i rör- väggen, se t ex FR 536 812, DE 26 42 01 och DE 21 46 842.

Dessa slitsar har vanligen sin vidaste del vänd mot cylin- dern, men även det omvända förekommer.

Bå l 464 097 Till grund för uppfinningen ligger insikten om att även det varvtalsområde för en förbränningsmotor över vilket ut- blåsningsröret kan verka som effekthöjande resonator kan utökas vä- sentligt genom utnyttjande av en slits eller hålrad i ut- blåsningsröret förutsatt att den är så utförd, att den to- tala öppningsarean tilltar längs röret i riktning från cy- lindern.

Ett som kvartsvågsresonator vid en bestämd .lägsta grund- frekvens verkande rör får, om detförses med en eller flera öppningar enligt ovan med ökande area, verkan som resonator även vid högre frekvenser, genom att längden hos rörets resonanta del minskar, så att rörets ände ur svängnings- synpunkt skenbart förflyttas längs öppningen eller öppningar- na i riktning mot cylindern med ökande frekvens.

Härigenom uppnår man således att den bland annat effekt- höjande verkan som resonansfenomenen i utblâsningsröret har kan utnyttjas över ett stort motorvarvtalsområde, vilket får stor betydelse ur såväl ekonomisk som prestanda- synpunkt.

Nackdelarna med ett utförande enligt ovan är att evakuerings- förmågan blir sämre än vid ett trattformat rör och att man ej erhåller samma distinkta resonansverkan vid maximalt varvtal som kan uppnås med utnyttjande av ett trattformat rör.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett utblåsningsrör, som kan verka som resonator med bibehål- len god evakueringsförmåga över ett relativt stort varvtals- område. Ett annat ändamål är att åstadkomma ett sådant rör som ger en mycket distinkt resonanseffekt vid toppvarvtalet, d v s det varvtal som ger maximal effekt.

Det först nämnda målet uppnås genom att man utnyttjar ett trattformat rör med en slits eller hâlrad med i strömnings- riktningen tilltagande area,medan det andra målet uppnås ge- 464 097 nom att rörväggen därvid förses med en större öppning vid en position som motsvarar resonanslängden vid nämnda topp- varvtal.

Det speciellt karakteristiska för ett utblàsningsrör av det inledningsvis angivna slaget är därvid kombinationen av att utblàsningsröret har en fràn den till cylindern anslutna änden och utàt tilltagande genomströmningsarea för avgaser~ na och att det är försett med en eller flera öppningar i rörväggen, vilka öppningar är så utförda att den totala öppningsarean tílltar fràn en punkt pà det till cylindern anslutna ändpartiet av uthlàsningsröret och utàt längs det divergerande röret i riktning fràn cylindern, för att utöka det frekvensomràde över vilket röret verkar som resonator.

Enligt ovan föredrages det, att den resonanta delen av röret har en sàdan längd att det kan verka som kvartsvàgs- resonator vid det lägsta varvtal hos cylinder, vid vilket resonans önskas. Vidare föredrages det att genomströmnings~ arean tilltar med avståndet fràn cylindern.

Företrädesvis är röret utfört med minst en väsentligen i rörets längdriktning löpande slitsformad öppning med från nämnda punkt tilltagande bredd i riktning fràn cylindern.

Slitsens bredd kan antingen tillta linjärt med avståndet fràn cylindern eller alternativt exponentiellt med detta avstånd.

Ett speciellt föredraget utförande karakteriseras av att en öppning med större area än arean hos den första delen av slitsen är upptagen i rörväggen framför nämnda punkt. Denna öppning är lämpligen belägen pà ett avstånd fràn cylindern som ger resonans vid det varvtal som ger maximal effekt.

Slitsen bör mynna vid änden av resonansröret och dess längd är lämpligen sä vald, att röret kan verka som kvartsvàgsre- sonator upp till en frekvens som är minst tre gånger så hög som frekvensen motsvarande det lägsta varvtal hos motorn vid vilken resonans önskas. i 464 097 som alternativ till utnyttjande. av en .ller flera slitsar kan röret exempelvis vara utfört med minst en väsentligen i rörets längdriktning löpande hàlrad, vilka häl har en total öppningsarea som tilltar fràn nämnda punkt och utàt i riktning fràn cylindern, och att ett hàl med större area än de första hälen i nämnda rad är upptaget framför nämnda hàlrads början.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifogade. mycket schematiska ritningar visande nägra sàsom exempel valda utföringsformer.

Fig. 1 visar schematiskt en cylinder försedd med ett ut- blàsningsrör enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar ett axiellt snitt genom ett utblásningsrör enligt uppfinningen anordnat i en ljuddämpande anordning.

Fig. 3 är en sektion genom anordningen i fig. 2 längs linjen III-III.

Pig. 4 visar schematiskt ett alternativt utförande av ett utblasningsrör enligt uppfinningen.

Fig. 5 visar schematiskt utblàsningsrören från tvà cylin- drar införda i en ljuddämpare.

Fig. 6 visar utblasningsrören fràn tva cylindrar mynnande i ett resonant samlingsrör.

I fig. 1 betecknar 1 en cylinder till en förbränningsmotor med ett vevhus 2. I cylindertoppen är ett tändstift 3 monterat. Cylinder s 1 utblàsningsport är förbunden med ett utblàsningsrör 4, vilket för àstadkommande av god evakue- ringseffekt är utfört med en fràn cylindern och utåt till- tagande genomströmningsarea för avgaserna.

Såsom nämnts i inledningen skall utblàsningsröret 4 verka som kvartsvagsresonator över sà stort varvtalsomràde som 464 097 möjligt för att förbättra motorns prestanda och ekonomi.

Härför är enligt uppfinningen utblåsningsröret utfört med en axiell slits 5 med ökande bredd längs röret i riktning från cylinern 1. I det visade exemplet är utblåsningsröret 4 utfört med en slits 5 med en linjärt i beroende av avstån- det från cylindern ökande bredd. Slitsen 5, som mynnar vid rörets 4 ände, medför att rörets resonanta del förändras i beroende av frekvensen hos den pulserande avgasströmmen, så att rörets ände ur svängningssynpunkt skenbart förflyttas längs slitsen. Härigenom uppnår man resonansfenomen inom ett större frekvensomrâde än vid ett rör utan slits men med en till följd av rörets form bibehållen god evakueringseffekt.

Däremot går viss del av den distinkta resonansverkan förlorad som vid ett rör utan slits erhålles för den frekvens för vil- ken rörets längd exakt motsvarar en fjärdedels våglängd. För att med bevarande av det stora resonansområdet bibehålla den kraftiga och distinkta resonanseffekten vid en t ex mot motorns toppvarv svarande frekvens är en öppning 6 upptagen i rörväggen vid en position motsvarande en fjärdedels våg- längd vid nämnda toppvarv. Denna öppning medför, att motorn vid nämnda toppvarv uppfattar utblåsningsröret som väsent- ligen avskuret vid öppningen 6, varför detta får samma verkan som ett kort koniskt rör utan slits. Härigenom kan man erhål- la maximal effekt och underlätta för motorn att bibehålla mot- svarande varvtal.

Rörlängden skall enligt ovan vara sådan, att röret kan verka som kvartsvågsresonator vid det lägsta varvtalet för motorn, vid vilket resonans önskas. Vid högre motorvarvtal och där- med frekvenser hos luftsvängningarna, d v s de stående vågorna i röret, kommer den resonanta längden hos röret att förkortas och rörets ände enligt ovan att skenbart förflytta sig mot cylindern. Härigenom kan man således uppnå stående vågor i röret för erhållande av det önskade tryckförhâllandet vid utblåsningsporten över ett stort varvtalsområde för mo- torn. Speciellt påtaglig resonanseffekt erhålles därvid till följd av öppningen 6 vid motorns toppvarvtal. Utförda test 464j 097 med ett arrangemang enligt fig. 1 har bekräftat att en motors prestanda väsentligt förbättras över ett stort varvtalsområde med utnyttjande av en resonator enligt ovan med varierande resonansfrekvens under bibehållande av väsentligen oförändrad toppeffekt till följd av öppningen 6. Genom rörets trattform uppnås vidare väsentligen samma evakueringsförmåga som vid icke slitsförsedda rör.

Tidigare använda icke slitsförsedda, trattformade rör ger emellertid en i många sammanhang helt oacceptabel ljudnivå.

Då vid utnyttjandet av en slits enligt uppfinningen huvud- delen av ljudvågens högfrekventa innehåll kommer att utbreda sig vinkelrätt mot slitsen erhålles med tillämpning av uppfin- ningen även en väsentlig ljuddämpande verkan. Denna kan yt- terligare förhöjas med hjälp av ett utförande enligt fig. 2, vilken schematiskt visar en som kombinerat resonant utblås- ningsrör och ljuddämpare tjänande enhet speciellt avsedd att utnyttjas för speedway-motorcyklar.

I fig. 2 betecknar därvid 7 ett trattformat utblåsningsrör motsvarande röret 4 i fig. 1 med en nedåtriktad slits 8 med en längs röret 7 tilltagande bredd. Röret 7 är öppet vid sin yttre, d v s i figurens högra ände, medan dess i figuren vänstra ände är anslutet till en cylinder i en förbränninge- mOtOr.

Utblåsningsröret 7 är inneslutet i ett hölje 9, vilket vä- sentligen har formen av en dubbelkon. Höljet 9 är på sin inneryta mittför slitsen 8 beklätt med ett ljudabsorberande mææmial24,såsom glas- eller stenull. Avgaserna avgår från höljet 9 via ett på konventionellt sätt med hål perforerat ljuddämpande rör 10.

Fig. 3 visar en sektion genom anordningen i fig. 2 längs linjen III-III.

En anordning enligt fig. 2 och 3 har visat sig ge en väsent- lig ljuddämpning med bibehållande av motorns prestanda vä- sentligen oförändrad, vilket gör att de bl a för speedway- 464 097 s motorcyklar uppställda, nya bullergränserna kan efterlevas.

En på detta sätt enligt uppfinningen utförd anordning har även visat sig vara mycket okänslig för hur ett eventuellt efterkommande rörsystem är utfört, vilket bl a är av stor betydelse vid biltillämpningar.

Vid tillämpning av uppfinningen är det av betydelse att slit- sens utformning och längd samt rörets konicitet är avstämda för motorn, vilket även gäller resonantorns placering i av- gassystemet. En sådan avstämning kan för varje motortyp enkelt utföras av fackmannen. Fastän detta ej är helt klar- lagt antages det att den utomordentligt goda funktionen som kunnat konstateras vid tillämpning av ett enligt uppfinningen utfört utblåsningsrör har sin grund i ett gynnsamt samspel mellan ljud- och tryckvågor i systemet.

Förutom slitsar enligt fig. 1 kan resonatorerna utföras med en eller flera rader hål 12, såsom vid det i fig. 4 visade utblåsningsröret 13, vilka hål har en tilltagande storlek utmed röret i riktning från cylindern. Som alternativ till utnyttjandetav hål med varierande storlek kan man även ut- nyttja hål eller perforeringar med konstant area och i stäl- let variera tätheten mellan sådana hål. Vid hâlradens början finns därvid minst ett större hål 14, som motsvarar den för- storade öppningen 6 vid slitsens 5 början enligt fig. 1.

Då en kvartsvågsresonator förutom vid sin grundfrekvens är resonant även vid udda multiplarxav denna väljs lämpligen längden för slitsen respektive hålraden så att röret är re- sonant över ett frekvensområde minst motsvarande tre gånger grundfrekvensen. Därefter blir röret åter resonant över hela sin längd.

I fig.5 visas utblåsningsrören 15 och 16 med slitsar 17 resp. 18 från två cylindrar, vilka rör är införda i en schematiskt visad ljuddämpare 19. Med användande av utblåsningsrör en- ligt uppfinningen, som är resonanta över ett stort varvtals- tv 464 G97 område, erhålles emellertid enligt ovan automatiskt en vä- sentlig ljuddämpande effekt, bl a innebärande att där man tidigare använt två ljuddämpare dessa kan ersättas med en.

Fig. 6 visar ett utförande vid vilket tvâ utblåsningsrör 20 och 21 med hela väggar mynnar i ett som resonator tjänande, koniskt samlingrör 22, kollektor, vilket för att vara re- sonant över ett stort frekvensområde är försett med en slits 23 med tilltagande bredd. Om så önskas kan givetvis fler än två rör anslutas till en gemensam kollektor. Slitsen kan även ersättas med hål eller motsvarande.

Beträffande öppningarnas 6 och 14 storlekar i fig. 1 resp. 4 så får dessa väljas i beroende av tillämpningsområde. En mycket stor öppning ger väsentligen samma verkan som ett av- skuret rör, dvs. mycket god resonansverkan vid toppvarv och något sämre vid lägre varvtal, Med en mindre öppning för- bättras resonansverkan vid lägre varvtal på viss bekostnad av toppeffekten. Praktiska försök har emellertid visat att man kan uppnå mycket goda kompromisser mellan dessa i och för sig motverkande effekter.

De ovan beskrivna utföringsformerna får ej ses såsom begräns- ningar för uppfinningen, vilken kan varieras i flera avseen- den inom ramen för patentkraven. Således kan flera slitsar eller hålrader kombineras och eventuellt flera stora öppningar eller vidgningar anordnas vid respektive slits eller hålrads början eller vid önskad position-utmed dessa, vilken position motsvarar resonanspunkten för våglängden för det motorvarvtal där bästa resonanseffekt eftersträvas. Såväl slits som ut- blåsningsrör har visats med en koniskt tilltagande bredd respektive diameter. Denna tilltagande bredd respektive diameter kan även vara exponentiell, exempelvis kvadratiskt beroende av avståndet från cylindern.Uppfinningen har pri- märt beskrivits i samband med utblåsningsrör för fyrtakts- motorer. Principen kan emellertid även tillämpas för insug- ningsrör resp. efter viss modifiering även för tvâtaktsmotorer.

Claims (10)

AM 464 097 PATENTKRAV

1. Utblåsningsrör för förbränningsmotorer inrättat att verka som resonator för avgasvågorna från den eller de cy- lindrar det är anslutet till, k ä n n e t e c k n a t a v kombinationen av att utblåsningsröret (4; 7; 13; 15; 16; 22) har en från den till cylindern (1) anslutna änden och utåt tilltagande genomströmningsarea för avgaserna och att det är försett med en eller flera öppningar (5; 8; 12; 17; 18; 23) i rörväggen, vilka öppningar är så utförda att den totala öppningsarean tilltar från en punkt på det till cy- lindern (1) anslutna ändpartiet av utblåsningsröret och utåt längs det divergerande röret i riktning från cylindern, för att utöka det frekvensområde över vilket röret verkar som resonator.

2. Utblåsningsrör enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att den resonanta delen av detta (4; 7; 13; 15; 16; 22) har en sådan längd att det kan verka som kvartsvågsresonator vid det lägsta varvtal hos cylindern (1) vid vilket resonans önskas.

3. Utblåsningsrör enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t a v att genomströmningsarean tilltar linjärt med av- ståndet från cylindern (1).

4. Utblåsningsrör enligt något av krav 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att det (4; 7; 15; 16; 22) är utfört med minst en väsentligen i rörets längdriktning löpande slits- formad öppning (5; 8; 17; 18; 23) med från nämnda punkt till- tagande bredd i riktning från cylindern (1).

5. Utblåsningsrör enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att slitsens (5: 8; 17; 18; 23) bredd tilltar linjärt med avståndet från cylindern (1). ~ 464 697

6. Utblåsningsrör enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a t a v att en öppning;(6) med större area än arean hos den första delen av slitsen är upptagen i rörväggen framför nämnda punkt.

7. Utblåsningsrör enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda större öppning (6) är belägen på ett avstånd från cylindern (1) som ger resonans vid det varvtal som ger maximal effekt.

8. Utblåsningsrör enligt något av krav 4-7, k ä n n e - t e c k n a t a v att slitsen (5; 8; 17; 18; 23) mynnar vid änden av resonansröret (4; 7; 15; 16; 22).

9. Utblåsningsrör enligt något av krav 4-8, k ä n n e - t e c k n a t a v att slitsens (5; 8; 17; 18; 23) längd är så vald, att röret (4; 7; 15; 16; 22) kan verka som kvartsvågsresonator upp till en frekvens som är minst tre gånger så hög som frekvensen motsvarande det lägsta varvtal hos cylindern (1) vid vilket resonans önskas.

10. Utblåsningsrör enligt något av krav 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att det (13) är utfört med minst en väsentligen i rörets längdriktning löpande hålrad, vilka hål (12) har en total öppningsarea som tilltar från nämnda punkt och utåt i riktning från cylindern (1), och att ett hål (14) med större area än de första hålen i nämnda rad är upptaget framför nämnda hålrads början.