DE69327646T2

DE69327646T2 - Ein- und auslassvorrichtung für brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69327646T2
Application number: DE69327646T
Authority: DE
Inventors: Alexander Chabry
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: DE69327646D1; AU3486993A; ATE189041T1; WO1993016272A1; EP0627045A4; AU675634B2; US5785027A; JPH07503772A; EP0627045A1; EP0627045B1; US5595062A

Description

Hintergrund

Die Erfindung betrifft ein Einlass- und Auspuffsystem, das prinzipiell für Hubkolben-Verbrennungsmotoren geeignet ist.
Die Naturgesetze der Strömungsdynamik beherrschen den volumetrischen Wirkungsgrad (VE) eines jeden Motors bei einer bestimmten Umdrehungszahl U/min. Ansaugkrümmerwirkungsgrad, Ventil- und Kanalgröße, Nockenwellenventilsteuerzeit und Auspuffkrümmerkonfigurationen sind nur einige wenige der leichter auszumachenden Einflussgrößen, welche die VE beeinflussen. Jedoch gibt es einen allen Motoren innewohnenden "Ramm"-Effekt, der dazu beiträgt, die VE auf die gleiche Weise zu verbessern, wie ein Vorverdichter die Pferdestärken erhöht.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, Verbesserungen bei drei wesentlichen Einflussgrößen anzugeben, nämlich Einlasssystem, Auspuffsystem und Nockenwellenventilsteuerzeit, die letztendlich als eine Einheit wirken, welche als das Trägheits- Vorverdichtungs- & Vorreinigungs-Prozesssystem (ISSP) bezeichnet werden kann.
Das Konzept des ISSP-Systems besteht darin, über den gesamten Bereich der U/min eines jeden Motors eine im wesentlichen größere Luftdruckdifferenz im Zylinder als die herkömmliche Luftdruckdifferenz, durch Einlass- wie auch Auspuffsysteme des ISSP zu erzeugen, um damit durch den äußeren Luftdruck bei den
Einlass- und Kompressionshüben durch das Einlasssystem des ISSP eine im wesentlichen größere als herkömmliche Luftmenge in die Zylinder mit im wesentlichen geringeren als herkömmlichen Zylinderdrücken zu drücken, wobei höhere als herkömmliche Zylinderdrücke beim Kompressionshub erzeugt werden, was es erleichtert, dass eine im wesentliche größere als herkömmliche Menge einer Gassäulenströmung durch ein selbstextrahierendes ISSP-Auspuffsystem gedrückt wird, wodurch eine niedrigere als herkömmliche Druckumgebung hinter der Gassäulenströmung erzeugt und dazu beiträgt, dass im wesentlichen geringere als herkömmliche Zylinderdrücke beim Auspuffhub erzeugt werden, wobei damit die Zylinderdrücke sogar noch weiter für den nächsten Einlasshubzyklus abgesenkt werden können. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Merkmale in deren Kombination oder alleine ist es möglich, den volumetrischen Wirkungsgrad und das Drehmoment im wesentlichen zu erhöhen, und den Brennstoffverbrauch über im wesentlichen den gesamten Bereich der U/min eines jeden Motors im wesentlichen zu vermindern, was eine Alternative zu bisherigen Systemen darstellt, die so ausgelegt sind, dass sie Leistung unter ökonomischen Gesichtspunkten erzeugen.

Beschreibung der Erfindung

Die Merkmale der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen, optionale Merkmale in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Einlasssystem, das der Vollständigkeit halber aufgenommen wurde, jedoch nicht alle der beanspruchten Merkmale aufweist;
Fig. 2 ist ein teilweise geschnittener Aufriss längs II-II der Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 3 enthält drei Ansichten, zwei orthogonale Schnitte und eine Draufsicht eines Krümmerrohrs des Elementes der Fig. 1 und 2, die jedoch nicht alle die beanspruchten (Krümmerrohr)-Merkmale aufweisen;
Fig. 4 ist eine Profilansicht einer Nocke zur Verwendung in einem Motor in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System;
Fig. 5 ist eine Draufsicht einer Luftregelungsdrossel;
Fig. 6 ist eine Seitenschnittansicht der Luftregelungsdrossel der Fig. 5;
Fig. 7 zeigt in einer Schnittansicht eine alternative Luftregelungsdrossel;
Fig. 8 zeigt in Draufsicht das Bauteil der Fig. 7;
Fig. 9 zeigt in Draufsicht den Grundriss eines erfindungsgemäßen Auspuffsystems (mit den Krümmerrohren);
Die Fig. 10 bis 13 zeigen zu den Fig. 1-3 alternative Krümmer und Krümmerrohre, wobei Fig. 12 nicht alle der beanspruchten Merkmale aufweist;
Fig. 14 ist eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ansaugkrümmers;
Fig. 15 ist eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ansaugkrümmers, der für einen Vierzylinder- Reihenmotor geeignet ist;
Fig. 16 zeigt eine Aufriss des Schemas der Fig. 15;
Fig. 17 ist eine schematische Draufsicht eines Einlasssystems des Typs der Fig. 15, jedoch zur Verwendung mit einer Fallstrom-Drosselvorrichtung modifiziert;
Fig. 18 ist ein zur Fig. 17 ähnliches Schema, jedoch für Horizontaldrosselvorrichtungen geeignet;
Fig. 19 ist ein Aufriss der Fig. 18; und
Fig. 20 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform, die für Horizontaldrosselvorrichtungen geeignet ist.
Einige Merkmale des Motors und insbesondere des Krümmers und der Krümmerrohrkonfiguration sind nicht in jeder Zeichnung der in Frage stehenden Teile dargestellt. So zeigen zum Beispiel die Fig. 1, 2, 3 und 12 Krümmerrohrkegel, jedoch nicht die Rohrreihen mit den inkremental zunehmenden (konstanten) Querschnitten, wie in den Ansprüche dargestellt.
Fig. 1 ist eine allgemeine Draufsicht eines Motors 1, welche nur die Einzelheiten zeigt, die notwendig sind, um die Vorrichtung der Erfindung wiederzugeben und zu verstehen. Im Motor 1 sind acht rechtwinklige Einlasskanäle 2 enthalten. Jeder Kanal führt auf herkömmliche Weise zu einer Verbrennungskammer. Der Motor 1 hat eine Konfiguration vom Typ V8. In der Lücke zwischen den zwei Bänken der Einlasskanäle 2 sitzt das Einlasssystem, das, wie im Stand der Technik bekannt, im allgemeinen zentral angeordnet ist. Das Einlasssystem enthält einen Krümmer 3 und acht Krümmerrohre 4, von denen nur zwei gezeigt sind. Jedes Krümmerrohr 4 führt von einem jeweiligen Krümmerauslass 9 zu einem jeweiligen Einlasskanal 2.
Die Gestaltung des Krümmerrohrs 4 ist in den Fig. 3a-c ausführlicher gezeigt. Jedes Rohr 4 enthält einen konstanten Abschnitt 11 mit einer Form, die einen konstanten Querschnitt entlang der Länge aufweist.
An einem Eintrittsende jedes Rohrs 4 befindet sich ein sich verjüngender Abschnitt 12, der einen Eingang mit größerem Querschnitt 14 und einem zum Abschnitt mit konstanten Querschnitt 11 identischen kleineren Querschnitt 13 aufweist. Die Abmessungen ergeben sich durch die angegeben Gleichungen.
Der Krümmer 13 ist von vorne aus betrachtet im allgemeinen rautenförmig, wobei die Luftkammer zwei Krümmerauslässe 9 in jeder ihrer vier Seitenwände aufweist. Die durchlaufende Achse jedes Krümmerauslass 9 zeigt im allgemeinen abwärts und schräg transversal auf seinen jeweiligen Ansaugkanal 2. So weist das verbindende Krümmerrohr 4 eine Krümmung von nicht mehr als ungefähr 8º von dem sich verjüngenden Rohrausgang zu dem Einlasskanal 2 auf, um so eine weiche kontinuierliche Strömungsverbindung für Luft oder Luft/Brennstoffmischungen zu bilden. Für jedes der Krümmerrohre 4 ist das Rohr, das der Mitte des Motors am nächsten ist, ein wenig stärker gekrümmt, und somit sind die Krümmerauslässe 9a, die der Mitte des Motors näher liegen als die Krümmerauslässe 9b, ein wenig tiefer gelegen und der Boden 10 der Luftkammer senkt sich aus seiner Mitte langsam nach unten. Die Luftkammer ist zentral durch eine Platte 6 geteilt, welche die notwendige Breite hat um sich mit einem geeigneten Radius dem Mittelloch 7 anzupassen. Von dem Boden 10 hat die Unterteilungsplatte bis genau hinter den Mittellochradius eine parallel verlaufende Breite, wo sie sich dann zur oberen Fläche eines Flansches 8 hin zu einer engen Breite verjüngt und eine Breite hat, die etwas kleiner ist, als die am nächsten gelegenen Drosselbohrungen eines typischen Vergasers. Das Mittelloch ist gerundet (25% des Lochdurchmessers) um so eine Ausgleichsverbindung zwischen den beiden durch die Platte 6 gebildeten Hälften zu schaffen. Bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten bewegt sich eine effektive Ausgleichsströmung von Luft oder einer Luft/Brennstoffmischung durch das Loch 7, während bei hohen Motorgeschwindigkeiten das Loch einen wirksamen Widerstand für eine solche Strömung darstellt.
Der Flansch 8 weist eine große rechtwinklige Öffnung auf, die von der Unterteilungsplatte 6 getrennt ist, um eine ungefähr quadratische Öffnung auf jeder Seite der Unterteilungsplatte zu ergeben. Die Vergaseradapterflanschplatte 8b kann so ausgebildet sein, dass sie zu einem einzelnen Vierzylindervergaser, zweifachen Vierzylindervergasern, dreifachen Zweizylindervergasern bis zu zweifachen Sechszylinder-Luftregeldrosselvorrichtungen oder Alternativen hierzu passt. Die Innenwände der Luftkammer sind von dem Flansch 8 bis zu den verschiedenen Auslässen 9 hin weich gerundet.
Die Luftkammer befindet sich mit einem unter dem Boden 10 der Luftkammer angeordneten Heisswasserwärmetauscher 5 in thermischen Kontakt. Herkömmlicherweise bestehen der Wärmetauscher 5 und der Körper des Krümmers 3 aus einer einzelnen Einheit. Der Wärmetauscher 5 liefert bei normalen Betrieb des Motors eine Wassertemperatur um eine wirksame Verdampfung des Brennstoffes im angeschlossenen Vergaser zu erzielen, ohne dass dabei bei höheren Umgebungstemperaturen in Verbindung mit einer übertriebenen Heizung eine Überverdampfung auftritt.
Aus diesem Einlass- und Auspuffsystem werden weitere Vorzüge bei der Leistung und in der Wirtschaftlichkeit erzielt, indem Nockenwellen einer Form wie in Fig. 4 dargestellt mit Ventilsteuerzeiten und Punkten des Maximalhubes, die im Vergleich zu den herkömmlichen typischen Werten modifiziert sind, verwendet werden. Typische herkömmlichen Motoren haben Nockentrennwinkel (zwischen jeweiligen Einlass- 14 und Auslassnocken 15 der Nockenwelle) im Bereich von 106º-114º, wobei Nockenmittellinien im Bereich von 102º-110º eingerichtet sind. Nach dem Anpassen des oben beschriebenen Einlasssystems und dem später beschriebenen Auspuffsystem, weist bei einem solchen Motor der optimale relative Phasenabgleich zwischen Einlass- 14 und Auspuffnocken 15 eine ähnliche Nockentrennung im Bereich von 106º-116º auf, jedoch mit einer modifizierten Nockenmittellinie im Bereich von 86º-94º, welche durch frühe Einlass- und Auspuffschließpunkte für eine optimale, wirtschaftliche Leistung, sowie mit einer Nockenmittellinie im Bereich von 76º-84º für eine maximale Wirtschaftlichkeit und damit verbundener geringerer Höchstleistungsfähigkeit sorgt. Ebenso schließen optimale Ventilsteuerzeiten die Verwendung einer Nockenwelle 13 mit zweifachem Muster ein, welche mit einer ungefähr 10º größeren Auspuffdauer für eine erhöhte Leistungfähigkeit und Wirtschaftlichkeit und einer ungefähr 10º geringeren Auspuffdauer für maximale Wirtschaftlichkeit sorgt.
Die Winkelsteuerzeiten beim Verschluss der Einlass- und Auspuffventile ist sehr wichtig. Die Gleichungen -11- und -12- am Ende dieser Beschreibung definieren I als den neuen Einlassschließpunkt ABCD und EX als den Auspuffschließpunkt BTDC, der für einen optimalen Einlass- und Auspuffverschluss mit diesem System erforderlich ist.
Als ein Beispiel mit den oben beschriebenen Einlassmerkmalen hat ein ansonsten typischer 5,9 Liter (360 ci) Chrysler V8 Motor mit ungefähr *222º Einlassdauer und einem Betrieb bei einer Spitzenumdrehungszahl U/min von ungefähr 5000 und mit einem typischen Einlassverschluss von ungefähr *35º-39º ABCD eine ähnliche Spitzenumdrehungszahl U/min. zeigt jedoch einen optimalen Einlassverschluss im Bereich *16º-20º ABCD, wenn er mit diesem System für eine vergrößerte Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit oder einem optimalen Einlassverschluss im Bereich *4º-8º ABCD für maximale Wirtschaftlichkeit mit geringerer Spitzenleistungsfähigkeit verwendet wird. Die *Winkeldauern sind bei 0,127 cm (0,050 Zoll) Ventilhub gemessen.
Im optimalen Fall ist die eigentliche Winkeldauer, für welche die Einlassventile offen bleiben, in Gleichung -16- als IVOD gegeben. Gleichung -5- am Ende dieser Beschreibung definiert die Höhe des Ventilhubs L, die als optimal für ein die Erfindung verwendendes System angesehen wird. Ein solcher Ventilhub L hält die gewünschte Gasströmungsgeschwindigkeit in der Phase des Eintritts in die Verbrennungskammer aufrecht.
Bei diesem System ist die Einlassbeschickungsdichte in den Zylindern über den gesamten Umdrehungsbereich größer als bei herkömmlichen Motoren und deshalb ist auch die Verbrennungsrate größer. Im Ergebnis wird weniger Zeit benötigt um die Mischung zu verbrennen und deshalb ist eine geringere Zündvorstellung über den gesamten Umdrehungsbereich erforderlich. Um deshalb eine optimale Leistungsfähigkeit bei Wirtschaftlichkeit und bei Vermeidung von Klopfen (vorzeitige Zündung) zu erzielen:
1) Es hat sich gezeigt, dass das Kompressionsverhältnis durch höhere Zylinderdrücke bei selbstansaugenden Motoren weniger als 8,5 : 1 ist.
2) Es hat sich bei erhöhten Zylindertemperaturen gezeigt, dass bei einem Standardmotor anstelle einer für den Hitzebereich empfohlene Zündkerze eine Zündkerze für den kälteren Temperaturbereich verwendet werden kann. Zum Beispiel können in einem herkömmlichen 5,9 Liter (360ci) Chrysler V8 Motor, in dem eine beliebige Zündkerzenmarke verwendet wird, wobei diese einen zu NIPPONDENSO Kerzen W16EPU äquivalenten Hitzebereich haben, kälteren Kerzen, die zu W24EPU äquivalent sind, verwendet werden, wenn das erfindungsgemäße System verwendet wird.
3) Es hat sich ergeben, dass die mechanische Verstellung (initial und zentrifugal) im Bereich der maximalen U/min eine Gesamtzündverstellung von *18º-28º hat.
4) Es hat sich ergeben, dass die Zentrifugalverstellungskurve, wenn diese mit herkömmlichen von Autobauern verwendeten Zentrifugalverstellungskurven verglichen wird, eine langsame Verstellungsrate im Bereich *6º-25º und eine geringere mittlere inkrementale Verstellung bis zu den maximalen U/min aufweist.
5) Es hat sich ergeben, dass die Zentrifugalverstellungskurven im Bereich 1500-2000 U/min später beginnen, wenn sie mit herkömmlichen Zentrifugalverstellungskurven verglichen werden, die im Bereich 700-1200 U/min beginnen.
6) Es hat sich ergeben, dass die anfängliche Vorzündung im Bereich -3º-6º BTDC liegt.
7) Es hat sich ergeben, dass die Unterdruckverstellung im Bereich *5º-15º zusätzliche Verstellung liegt. Die *Zahlen sind in Kurbelwellengrad ausgedrückt.
Zwei Arten von Ansaugkrümmern sind in den Fig. 10-13 gezeigt, die vorzugsweise mit direkter Kanalkraftstoffinjektion verwendet werden, und für das Prinzip der Konstantgeschwindigkeitszylinder (CVB) ausgelegt sind, welches sich durch die Verwendung der Luftmassenträgheit und des Luftdruckes innerhalb einer Leitungslänge mit konstanter Querschnittsfläche definiert, um eine größere Luftmasse aufgrund der bei einer bestimmten U/min in einer konstant strömenden Luftmasse erzeugten kinetischen Energie in eine Leitung mit einer kleineren konstanten Querschnittsfläche und kleineren Länge zu drücken. Beide gehören zu dem Kreuzrammtyp (cross ram typ) und können entweder mit zweiseitigen Horizontalvergasern oder Fallstromvergasern oder zwei Luftregeldrosselvorrichtungen, von denen eine auf jeder Seite die gegenüberliegenden Einlasskanäle eines typischen V8-Motors speist, verwendet werden.
Ein Typ von Ansaugkrümmer, der in den Fig. 10-12 in zwei Variationen gezeigt ist, weist eine unabhängige Ausläuferkonfiguration mit vier Ansaugausläufern auf, die von der Luftkammer zu den Ansauglasskanälen führen.
Der zweite Typ von Ansaugkrümmer, der in der Fig. 13 gezeigt ist, weist eine dreifache Y-_Ausläuferkonfiguration eines Ansaugausläufers in zwei und dann in vier Kanäle auf.
Die Ansaugkrümmer in den Fig. 10 und 11 weisen drei fortschreitend kleiner werdende Abschnitte von Ausläufern 4a, 4b, 4c mit konstanter Querschnittsfläche auf, die von der Luftkammer 3 zu den Ansaugkanälen 2 führen, wobei jede der drei Ausläuferlängen im Bereich von 5,1-15,2 cm (2 Zoll-6 Zoll) variiert, was letztendlich von dem verfügbaren Raum im Motorfach abhängt. Die Durchmesser (4b) des mittleren Ausläufers werden erhalten, indem der Durchmesser der Gleichung -1- (liefert den Durchmesser des Ausläufers 4a) von dem Durchmesser der Gleichung -3- (liefert den Durchmesser des Ausläufers 4c) abgezogen wird und dann die beiden Durchmesser gemittelt werden.
Die größeren Bereiche paralleler Ansaugausläufern 4a wirken als Gang mit konstanter Geschwindigkeit (CVB) um so in optimaler Weise eine größere Luftmenge in die Ansaugausläuferabschnitte 4b und 4c mit fortschreitend kleiner werdendem Durchmesser (die auch als CVB's wirken) zu drücken, welche bei gemeinsamer Verwendung Grund dafür sind, dass die Luftmenge mit hohem Impuls am Anfang eines jeden der drei Abschnitte gleichzeitig komprimiert und auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt wird, um so bei der Verwendung dieses Systems über den ganzen Drehzahlenbereich einen Luftrammeffekt zu den Zylindern hin zu erzielen.
Von vorne des Motors aus betrachtet, ist bei den Ansaugkrümmerkonfigurationen die Länge des dritten Ansaugausläuferabschnitts 4c mit der Einlasskanalmittellinie fluchtend ausgerichtet. Die zweiten und dritten Ausläuferlängen 4b und 4a weisen ungefähr eine 8º Kurve auf, um es so den Ansaugkrümmerausläufern zu ermöglichen, die Kipphebelabdeckungen und die Kappe von typischen Fahrzeugen zu reinigen.
In ungefährer Ausrichtung mit der Mittellinie des ersten Ansaugausläufers 4a, weist die Luftkammer 3 sich verjüngende Wände auf, die an den Seitenwänden auseinander laufen und an den oberen und unteren Wänden von der Flanschplatte zum Eintritt in den ersten Ansaugausläufer 4a zusammen laufen, wobei verschiedene Längen von ungefähr 5,1-38,1 cm (2 Zoll- 15 Zoll) verwendet werden können, um das anfängliche Luftströmungsvolumen und die Geschwindigkeitsraten von der Luftkammer 3 in die Ansaugausläufer 4 fein abzustimmen.
Bleibt all dies unverändert, besteht eine nützliche Alternative zu den oben beschriebenen Ansaugausläufern darin, die, wie in der Fig. 12 gezeigt, durch sich verjüngende Abschnitte verbundenen ersten und zweiten Ausläuferabschnitte mit einer aus der Gleichung -1- erhaltenen Eintrittsquerschnittsfläche und einer zur Querschnittsfläche des dritten Ausläufers 4c gleichen Austrittsquerschnittsfläche, zu ersetzen. Diese besondere, alternative, sich verjüngende Krümmerrohrkonfiguration weist nicht alle der beanspruchten (abgestufter Abschnitt) Merkmale auf.
Bemerkung: Der dritter Ausläuferabschnitt 4c verwendet einen Ausläufer mit konstanter Querschnittsfläche einer geeigneten Länge um das Prinzip des Konstantgeschwindigkeitszylinders (CVB) zu wahren.
Der Ansaugkrümmer in der Fig. 13 weist drei fortschreitend kleiner werdende Stufen von ersten, zweiten und dritten Ausläufern mit gleicher Länge und konstanter Querschnittsfläche auf, die von der Luftkammer 3 zu den Einlasskanälen 2 führen, wobei jede der drei Ausläuferlängen, abhängig von dem im Motorfach zur Verfügung stehenden Raum, von ungefähr 5,1-15,2 cm (2 Zoll-6 Zoll) in gleicher Weise variiert.
Jeder größere einzelne Ausläufer, der in kleinere abgezweigte 2-3 Ausläufer einmündet, hat eine Querschnittsfläche, die zur Gesamtquerschnittsfläche der abgezweigten 2-3 Ausläufer äquivalent ist.
Zum Beispiel hat in der Fig. 13 der mittlere zweite Ausläufer ungefähr die zweifache Querschnittsfläche des dritten Ausläufers, Gleichung 3, wobei der erste Ausläufer ungefähr die zweifache Querschnittsfläche des zweiten Ausläufers hat.
Die dreifache Y-Ausläuferkonfiguration der Fig. 13 weist sich verjüngende Bereiche (zwischen den Ausläufern) auf, von denen jeder Kegel hat, die nicht größer als 8º sind und eine Länge von ungefähr 5,1-10,2 cm (2 Zoll-4 Zoll) aufweisen, wobei die Höhen und Breiten der folgenden Ausläuferabschnitte proportional von dem dritten Ausläufer zum ersten Ausläufer zunehmen. Ein ungefähr 0,64 cm (1/4 Zoll) langer Mittenteiler ragt in den sich verjüngenden Abschnitt vor und hat an seiner Spitze einen kleinen Radius, um den sanften Eintritt der Luftströmung in die Ausläufer bei hohen Geschwindigkeiten zu unterstützen.
Die Konfiguration mit vier unabhängigen Ausläufern der Fig. 10 und 11 weist sich verjüngende Bereiche (zwischen den Ausläufern) auf, von denen jeder Kegel hat, die nicht größer als 8º sind und eine Länge von ungefähr 1,6-2,5 cm (5/8 Zoll -1 Zoll) aufweisen, wobei die Höhen und Breiten der folgenden Ausläuferabschnitte proportional von dem dritten Ausläufer 4c zum ersten Ausläufer 4a zunehmen. Der Ansaugkrümmer der Fig. 10-12 weist alternativ ein kreisförmig gebohrtes Ausgleichsrohr 7a mit einem durch die Gleichung -4- gegebenen Durchmesser auf, das die gegenüberliegenden Luftkammern mit der Ausgleichsrohröffnung verbindet, wobei diese einen gerundeten Eingang (25% des Lochdurchmessers) am Luftkammerende aufweist. Der Ansaugkrümmer mit der Gestaltung in Form der drei Y, Fig. 13 und 14, weist zwei kreisförmige Ausgleichsrohre auf, von denen jedes rechtwinklig von der vertikalen Seitenwand jeder Luftkammer 3 abgeht und einen gerundeten 90º-Winkel aufweist, der in Richtung der Luftströmung auf einer horizontalen Ebene und mit einer gerundeten 45º-Winkel-Kurve, die in die dritten Ansaugausläufer jedes Zylinders Nr. 4 bzw. Nr. 7 eintritt, an der Spitze des Eintrittsendes der dritten Ausläufer gebogen ist.
Das Eintrittsende des Ausgleichsrohrs weist eine Querschnittsfläche auf, die zweimal so groß ist, wie die Querschnittsfläche der Gleichung -4- und das Ausgangsende des Ausgleichsrohrs weist einen sich verjüngenden Längenabschnitt T auf, der die Ausgleichsrohrabschnitte mit dem großen und kleinen Durchmesser verbindet.
Das Ausgleichsrohr, Gleichung 4, weist eine Länge auf, die der Länge des dritten Ansaugausläufers gleich ist.
Die oben beschriebene Ausgleichsrohrgestaltung ist für Motoren mit einer V-Konfiguration mit einer Zündfolge, bei der beide Zylinder auf der gleichen Hälfte des Motors nacheinander folgend Luft aus der gleichen Luftkammer ziehen, geeignet. Es hat sich gezeigt, dass die Gestaltung dieser Ansaugkrümmer ein Ausgleichsrohr oder Loch erforderlich macht, um die Beschickungsdichte in den Zylindern mit aufeinander folgender Zündung, bei denen ihre Ansaugausläufer von der gleichen Luftkammer wegführen, auszugleichen, damit der Motor bei allen U/min ruhig läuft.
Es hat sich ebenso gezeigt, dass bei Verwendung dieser Ansaugkrümmergestaltungen das Fehlen eines Ausgleichsrohr oder Loch Ursache war, dass der Motor heftig frei lief und bei geringer Geschwindigkeit mit grobem und fehlerhaftem Lauf oft abgewürgt wurde und sich dabei allmählich aus den mittleren zu den oberen Laufgeschwindigkeiten hin bewegte.
Die Gleichung -3- mit F = 168 ± 15 m/s (F = 550 ± 50 Fuß/s) ist geeignet die Querschnittsfläche des Ausläufers 4c für herkömmliche in Massen hergestellte Zylinderköpfe eines wirtschaftlichen Motors mit Einlasskanalwinkeln von ungefähr 65º-85º (bevorzugtes Optimum 10º-25º) zu ergeben. Jedoch ist in Gleichung -3- F = 250 ± 15 m/s (F = 820 ± 50 Fuß/s) für wirtschaftliche Motorzylinderköpfe mit ungefähr 10º-25º Einlasskanalwinkeln (obwohl herkömmliche 65º-85º Winkel angemessen, jedoch nicht optimal sind) besser geeignet, eine optimale Wirtschaftlichkeit und Strömungseffizienz erreichen, wenn sie mit einem Ansaugausläufer mit einer Biegung oder Kurve, die nicht größer als 8º ist, bei Verwendung mit diesem System kombiniert werden.
Während es stark erwünscht ist, die dritten Ausläufer 4c mit konstanter Querschnittsfläche längs ihrer Längen beizubehalten, können viele der anderen in den Fig. 10-13 gezeigten Merkmale modifiziert oder ausgetauscht werden. Zum Beispiel kann auf die in der Fig. 13 gezeigten ersten Ausläufer und den "Y"-Zweig verzichtet werden, wobei die zweiten Ausläufer von einer größeren Luftkammer 4 abgehen und so die Gesamtlänge der Ansaugausläufer verkürzen. Alternativ hierzu kann der erste Ausläufer alleine weg gelassen werden, um der sich verjüngenden Luftkammer eine zusätzliche Abstimmlänge zu geben. Zusätzlich können die ersten und/oder zweiten parallelen Ausläuferabschnitte in der Fig. 13 durch sich verjüngende Ausläuferabschnitte mit Eintrittsdurchmessern, die den Austrittsdurchmessern der vorherigen sich verjüngenden Ausläufern gleich sind, ersetzt werden, obgleich eine solche Konfiguration nicht alle der beanspruchten Merkmale (abgestufter Abschnitt) aufweisen würde. Zusätzlich können die sich verjüngenden Luftkammer 3 und der konstant kreisförmig geformte erste Ausläufer in den Fig. 13 und 14 durch einen konstant rechtwinklig geformten Ausläufer mit einer Querschnittsfläche die jener des kreisförmigen ersten Ausläufers gleich ist, ersetzt werden. Die Querschnittsfläche des Eintrittsendes des kreisförmigen ersten Ausläufers weist einen einzelnen Drosselplattenkörper auf, der mit einer Drosselplatte eines 4 mm größeren Durchmessers und mit einem sich verjüngenden Längenabschnitt T (Gleichung -2-) zwischen den beiden Durchmessern, wie in der Fig. 13 gezeigt, verbunden ist.
Am Eintrittsende der einzelnen Drosselplattenöffnung befinden sich zwei sich verjüngende Abschnitte, wobei die erste sich verjüngende Abschnittslänge T zu einem Durchmesser konvergiert, der dem ersten Ausläufer gleich ist, und von dem zweiten sich verjüngenden Abschnitt gefolgt ist, der zu einer größeren Öffnung auseinander läuft, die die zweifache Querschnittsfläche des ersten Ausläufers hat und einen gerundeten Eintritt (25% des Öffnungsdurchmessers) aufweist, wobei ein geeigneter Luftfilter auf den außen seitlichen Rand der gerundeten Öffnung montiert werden kann.
Das Eintrittsende des sich verjüngenden Abschnitts zwischen den ersten und zweiten Ausläufern weist eine Kreisform mit einer zum ersten Ausläufer äquivalenten Querschnittsfläche auf, die einen Übergang in die abgezweigten rechwinkligen Formen am Ausgangsende des sich verjüngenden Abschnittes bildet.
Mit der oben beschriebenen Modifizierung ist bei einer nützlichen Alternative die einzelne Drosselplatte mit angrenzenden sich verjüngenden Abschnitten auf jeder Seite wieder am Ausgangsende des ersten Ausläufers positioniert, was es ermöglicht, dass Länge und Richtung des konstant kreisförmigen Rohrabschnitts zwischen dem einzelnen Drosselplattenkörper und der gerundeten Entrittsöffnung als eine Luftrammabstimmvorrichtung freier angepasst werden kann, wie in Fig. 14 gezeigt ist.
Alternativ können die beiden angrenzenden sich verjüngenden Abschnitte der oben beschriebenen Modifizierung beseitigt und durch eine sich verjüngende Abschnittslänge T ersetzt werden, die von der Drosselplatteeintrittsöffnung auf ungefähr die zweifache Querschnittsfläche der Drosselplattenöffnung auseinander läuft und wiederum einen gerundeten Eintritt aufweist (25% des Öffnungsdurchmessers).
Die oben beschriebenen Modifizierungen sind entweder für einen in herkömmlichen Injektionssystemen verwendeten Luftregel- Einzeldrosselplattenkörper oder einem Einzelzylinder- Horizontalvergaser mit konstantem Unterdruck (CD) besser geeignet.
Alternativ können zwei oder mehrere Einzelzylinder-CD-Vergaser oder Luftregel-Drosselvorrichtungen anstelle eines Einzeldrosselkörpers verwendet werden, wobei das Eintrittsende des Ansaugkrümmers eine Länge T eines sich oval verjüngenden Abschnittes an einem Eintrittsende aufweist, und an einem Eintrittsende den Austrittsenddurchmessern der CD-Vergaser oder Luftkontrolldrosselanordnungen, sowie an einem Austrittsende dem Austrittsenddurchmesser des ersten Ausläufers, gleich ist.
Alternativ, wie in der Fig. 14 gezeigt, kann bei dem Ansaugkrümmer mit dem dreifachen Y jeder kreisförmige erste Ausläufer um ungefähr 260º weich zur Rückseite der Mittellinie des Motors zurück gebogen werden (in gestrichelten Linien gezeigt) und allmählich zur Vorderseite der Mittellinie des Motors als verlängerte zweifache Rammluftrohre zusammen laufen, wobei diese einen sich verjüngenden Abschnitt der Länge T am Eintrittsende mit einer um 25% gerundeten Öffnung, an der ein geeigneter Luftfilter befestigt werden kann, aufweisen.
Die Luftkammer 3 kann jegliche in geeigneter Weise gestaltete Form oder Größe haben, um geeignete Luft/Kraftstoff- oder Luftdrosselkörpervorrichtungen den Ansaugkrümmern der Fig. 10-20 anzupassen.
Die Fig. 5 zeigt einen Drosselkörper 17, seinen Flansch 18 zur Befestigung an einem Ansaugkrümmer, ein Paar von primären Drosselplatten 19 und ein Paar von sekundären Drosselplatten 20. Die geschnittene Seitenansicht der Fig. 6 zeigt ein Paar von primären bzw. sekundären Drosselbohrungen 21 und 22. In der sekundären Drosselbohrung 22 befindet sich ein sekundäres Luftventil 23, das oberhalb der sekundären Drosselplatte 20 angeordnet ist, wobei diese überlappen, wenn das Luftventil 23 und die sekundäre Drosselplatte 20 voll geöffnet sind.
Das sekundäre Luftventil 23 enthält in einer Hälfte einen Versetzungsabschnitt 24, so dass wenn das Luftventil 23 und die Drosselplatte 20 voll geöffnet sind, diese eine einzelne im wesentlichen sanfte Klinge für die Luftströmung durch die sekundäre Bohrung 22 bilden.
Die primären und sekundären Drosselplatten 19 und 20 werden durch ihre Schäfte durch eine stetige Öffnungsverbindung 25 gedreht. Die Verbindung 25 ist mit dem Autodrosselpedal verbunden und öffnet anfänglich die primären Drosselplatten 19 während eines ersten Teiles der Drosseleinstellung und fangen dann an auch die sekundären Drosselplatten zu öffnen, bis alle Platten an der vollen Drosseleinstellung voll geöffnet sind. Die sekundären Luftventile 23 drehen auf einem Ventilschaft 26, der durch die Feder 27 leicht federbelastet ist, in die in der Fig. 6 in durchgezogener Darstellung gezeigten geschlossenen Stellung.
Der Schraubenregler 28 regelt die Spannung der Feder 27. Die sekundären Luftventile 23 sind asymmetrisch, die nachgeschaltete Hälfte 23a hat eine größere Fläche als die vorgeschaltete Hälfte 23b. Überdies weist die Ventilhälfte 23a eine Lippe 23c an ihrer größten radialen Ausdehnung auf. Die Kombination der Lippe 23c und der asymmetrischen Form der Ventilplatte 23 öffnet das Ventil 23 gegen die Spannung der Feder 27, wobei der Luftdruckunterschied in Antwort auf die größere Luftströmung durch die sekundäre Drosselbohrung 22 vermindert wird. Die Öffnungs-/Verschlusstätigkeit der Luftventile 23 hält eine hohe lokale Strömungsgeschwindigkeiten sogar während geringen Luftströmungsbedarfes, das heißt bei niedrigen Drosseleinstellungen aufrecht. Durch das Aufrechterhalten dieser hohen Luftgeschwindigkeiten bei niederigen Drosseleinstellungen, wird der Luftströmungsimpuls bei den niedrigen Drosseleinstellungen hoch gehalten und es wird eine bessere volumetrische Effizienz des Motors erzielt.
Der Eintrittspunkt zu den Drosselbohrungen 21 und 22 wird durch ersetzbare Lufttrichter 29 definiert, wobei diese Rückhalteschrauben 29a aufweisen, die es ermöglichen die Lufttrichter 29 fest an dem Drosselkörper 17 zu befestigen. Die Lufttrichter 29 haben im allgemeinen für jede der primären und sekundären Bohrungen 21 und 22 einen verschiedenen Öffnungsdurchmesser. Ebenso können die Lufttrichter in einem umfassenden Bereich von Öffnungsdurchmessern vorgesehen sein, um ein Bereich mit optimalen Luftströmungsraten zu erhalten. Dies ermöglicht es, dass ähnliche Drosselkörper 17 und innere Komponenten in einer umfassenden Vielfalt von Motoren verwendet werden, was es nur noch notwendig macht, die Ersatzlufttrichter 29 passender Größe auszuwählen.
Die Fig. 7 und 8 zeigen einen Drosselkörper 117 mit sechs Drosselbohrungen 112, 122 gleicher Größe und jeweils mit ersetzbaren Lufttrichtern 129. Das mittlere Paar der Bohrungen 121 bilden ein Paar von primären Drosselbohrungen und die äußeren vier Bohrungen 122 bilden die sekundären Bohrungen. Jede Drosselbohrung 121, 122 weist ein Drosselventil auf, wobei jedes sekundäre Drosselventil verbunden ist, um geöffnet zu werden, wenn das primäre Ventil teilweise geöffnet wurde, und jede sekundäre Bohrung ein Luftventil aufweist, all dies wie oben beschrieben.
Es hat sich ergeben, dass die Luftströmungsrate durch die Luftregeldrossel Gleichung -8- (am Ende dieser Beschreibung) verwendet, um die erforderlichen CMM (Kubikmeter pro Minute) (CFM (Kubikfuß pro Minute)) zu ergeben, welche eine optimale Luftströmung in einem System, das die Erfindung verwendet, abschätzen.
Diese Luftregeldrosselvorrichtung ist besonders nützlich um die Luftströmung in Motoren zu regeln, die mit direkter Kanalkraftstoffinjektion ausgestattet sind und als eine Alternative zur direkten Kanalkraftstoffinjektion ist sie ebenso als eine Drosselkörperinjektionseinheit (T. B. I.) nützlich. Die Kraftstoffinjektionseinheiten können in Übereinstimmung mit der wohlbekannten Gestaltungspraxis an irgendeinem gewünschten Ort, einschließlich in den Bohrungen des Drosselkörpers 17 selbst, angeordnet werden.
Der Einlassventilkopfdurchmesser A, gegeben durch die Gleichung -9- in der Z = 125300 ist, ist für Ventil-zu-Kanal-Winkel von ungefähr 11º geeignet. Für jedes 1º Ventil-zu-Kanal-Winkel, das größer als 11º ist, wird 430 von 125300 subtrahiert um den optimalen Einlassventildurchmesser für dieses System zu bestimmen. Und der Auslassventilkopfdurchmesser AE, gegeben durch die Gleichung -10- in der ZE = 199700 ist, ist für Ventil-zu-Kanal-Winkel von ungefähr 11º geeignet. Für jedes 1º Ventil-zu-Kanal-Winkel, das größer als 11º ist, wird 410 von 199700 subtrahiert um den optimalen Auslassventildurchmesser für dieses System zu bestimmen.
Die in der Fig. 9 gezeigte Auslassplangestaltung enthält primäre Auslassabschnitte 30, sekundäre Auslassabschnitte 31, die Kollektor-Megaphon-Diffusor-Abschnitte 32 und die sich verjüngenden Abschnitte 34. Die sich verjüngenden Abschnitte führen geradewegs von den Motorauslasskanälen 35 in die primären Auslassabschnitte und sind für einen richtigen Auslassphasenabgleich angeordnet, das heisst, Paare von primären Abschnitten 30, die einmünden, führen von Auslasskanälen weg, die exakt gegenphasig öffnende Ventile aufweisen. Die Länge T der sich verjüngenden Abschnitte 34 weist am Eintrittsende eine größere Querschnittsfläche als der Auslasskanalausgang auf und spitzt sich an ihrem Ausgangsende zu einer Querschnittsfläche zu, die zu jener des Eintritts in die primären Auslassabschnitte 30 äquivalent ist.
Der innere Durchmesser W der ersten primären Auslassabschnitte 30 ist durch die Gleichung -6- am Ende dieser Beschreibung gegeben.
Die Länge P der Auslasskrümmerabschnitte 30 und 31 ist durch die Gleichung -7- am Ende dieser Beschreibung gegeben, jedoch kann die eigentliche Länge entsprechend dem anzupassenden Raum in jeder bestimmten Anordnung leicht verändert werden müssen.
Die primären und sekundären Auslassabschnitte 30 und 31 weisen 2-11 abgestufte Abschnitte auf, von denen jeder einen ungefähr 0,32 cm (1/8 Zoll) größeren Durchmesser hat. Am häufigsten werden die Auslassabschnitte 30-33 aus herkömmlich verfügbaren Stahlrohren gefertigt, die typischerweise einen Durchmesser in 0,32 cm (1/8 Zoll) weiten Schritten aufweisen.
Ebenso haben die primären und sekundären Auslassabschnitte 30 und 31 jeweils abgestufte Abschnitte gleicher Länge mit einer Gesamtlänge P, die durch die Gleichung -7- gegeben ist.
Wenn einer der primären oder sekundären Abschnitte 30 bzw. 31 in seiner Länge von dem geeigneten ¹/&sub2; x Länge P vermindert oder erhöht werden muss, dann sollte der andere der Auslassabschnitte 30, 31 entsprechend verändert werden, so dass die ungefähre Länge vom Anfang des primären Auslassabschnittes 30 bis zum Ende sekundären Auslassabschnittes 31 die Länge P ausgleicht.
Die sekundären Abschnitte 31 münden in die Kollektor-Megaphon- Diffusor-Abschnitte 32, die auch die durch die Gleichung -7- gegebene Länge P aufweisen und beginnen mit einem 0,32 cm (1/8 Zoll) größeren Durchmesser zum Ausgangsenddurchmesser der zweiten Abschnitte 31. Die Megaphon-Diffusoren verjüngen sich allmählich nach auswärts zu, das heißt, laufen bis zu einem Enddurchmesser der von 1,3-3,5 cm (1/2 Zoll-1 3/8 Zoll) größer ist als ihr anfänglicher Durchmesser auseinander. Die Querschnittsfläche des Megaphon-Diffusior-Eintrittsendes hat 1 ¹/&sub2;-2 ¹/&sub2; mal die Querschnittsfläche des ersten primären Auslassabschnittseintrittsendes. 1 ¹/&sub2; mal erzeugt eine größere Leistungsfähigkeit im unteren Bereich und 2 ¹/&sub2; mal erzeugt eine größere Leistungsfähigkeit im oberen Bereich. In einem üblichen Herstellverfahren werden die Megaphon-Diffusoren 32 aus ungefähr 4-11 konstanten Abschnitten gleicher Länge hergestellt, wobei jeder Abschnitt eine Standardgröße größer ist als der vorherige Abschnitt. Für größere Effizienz hinsichtlich der Reflexion von Druckwellen können die Megaphon- Diffusoren so hergestellt werden, dass sie weiche sich verjüngende Wände aufweisen, obgleich eine solche Konfiguration nicht alle beanspruchten Merkmale der Erfindung aufweist.
Es hat sich ergeben, dass die Wirkung dieser Auslassgestaltung, bei der sehr klein bis 0,32 cm (1/8 Zoll) eng abgestufte Rohre verwendet werden, darin liegt, anfänglich eine extrem hohe Druckfreisetzung von Gas durch kleinere primäre Auslassrohrabschnitte als bei den herkömmlichen Auslassrohren mit größerer Bohrung zu erzeugen, und damit gleichzeitig eine höhere als herkömmlich Gasströmungsgeschwindigkeit zwei oder drei Fuß stromabwärts des Auslasskanals zu verursachen. Dieser Prozess überträgt kinetische Energie auf die Säulenströmung an deren Front und wenn diese Druckenergie in jedes dieser Rohre mit einem 0,32 cm (1/8 Zoll) größeren Durchmesser eintritt, verursacht sie eine größere Verdünnung als bei herkömmlichen Auslasssystemen um Rückstände aus den Zylindern zu extrahieren und bewirkt gleichzeitig, dass die Druckenergie die Säulenströmung an der Front zu Umgebungen mit geringerem Druck (Rohre mit größerem Durchmesser) beschleunigt, wobei damit der Druckaufbau im wesentlichen vermindert und eine sehr hohe Gasströmungssäulenträgheit innerhalb des Auslassrohrsystems als wie mit herkömmlichen Systemen geschaffen wird. Zusätzlich haben Schallwellen an der Leistungsfähigkeit dieses Auslasssystems wirksam Anteil, indem die positive Druckwelle (Hauptpuls) in jedes um 0,32 cm (1/8 Zoll) größere Rohr eintreten darf, um ihre Amplitude mit einer Abnahme in der kinetischen Energie zu verringern. Diese Energie wird der Welle vermittelt, was zu vielen Reflexionen des Hauptpulses und dazu gegensätzlichen Bewegungen zu dem Ende mit dem großen Durchmesser führt. Zusätzlich wird wegen der erhöhten Reflexionswirkung der eng abgestuften Rohre dieses Systems, die Gesamtperiode über die (reinigende) negative Druckwellen an dem Auslassventil ankommen beträchtlich verlängert. So wird eine wirksame Vorreinigung des Motors über einen weiten Bereich von Motorgeschwindigkeiten erreicht, was eine sehr hohe und breite Drehmoment-Kraft-Kurve erzeugt.
Aus dem Ausgangsende der Megaphon-Diffusor-Abschnitte 32 führt ein Rohr 33 mit konstantem Durchmesser in einen geeigneten Schalldämpfer, und dann führt eine geeignete Länge eines Auspuffrohrs mit dem gleichen Durchmesser oder ungefähr 0,32 cm (1/8 Zoll) größeren Durchmesser als das Ausgangsende des Rohrs 33 mit konstantem Durchmesser, zu dem Ende des Auslasssystems an der Rückseite des Fahrzeugs. Mit diesem Auslasssystem wird eine optimale Gasströmungseffizienz mit Rohren einer minimalen Biegung erreicht, d. h. die Rohre folgen so gerade wie möglich einer Linie von dem Motorfach zu der Rückseite des Fahrzeugs.
Es hat sich ergeben, dass, im Vergleich zu einem herkömmlichen Rohr mit größerem Durchmesser, einem Auslasskrümmer mit langer Länge, der geeignet ist ein Drehmoment im niedrigen bis mittleren Bereich zu erzeugen und einem Spitzenpotential von unterhalb von 500 U/min. die Wirkung des Rohrs mit kleinem Durchmesser, des Auslasskrümmers mit kurzer Länge, der Gleichungen -6- und -7- mit den modifizierten Nockenwellenventilsteuerzeiten und der Stelle des maximalen Hubs, Gleichungen -11- und -12- das untere und obere Drehmoment dramatisch erhöht wird, während es dabei möglich ist, dass der Motor bei Spitzenumdrehungszahlen U/min läuft.
Es hat sich ergeben, dass die Wirkung von herkömmlichen Nockenwellenventilsteuerzeiten und die Stelle des maximalen Hubs mit dem kleinen Durchmesser und Auslasskrümmer mit kurzer Länge eine übermäßige Menge an nichtreagierter Luft/Kraftstoff- Mischung erzeugt, die während des überlappenden Zeitraums, besonders bei niedrigen U/min. in den Auslasskrümmer gezogen wird, was zu einer großen Zunahme im Kraftstoffverbrauch mit einem stark verminderten Drehmoment im niedrigen und mittleren Bereich, sowie der Unfähigkeit des Motors in Betrieb unterhalb 1200 U/min frei zu laufen führt, wobei jedoch verglichen mit den modifizierten Nockenwellenventilsteuerzeiten und der Stelle des maximalen Hubes, Gleichungen -11- und - 12- es dem Motor in Betrieb zu ermöglichen bei einer sehr geringen Umdrehungszahl von 500 U/min frei zu laufen und eine ungewöhnlich hohe und breite Drehmomentkurve zu erzeugen. FORMELN:
worin
M = Durchmesser des Einlassausläufers
E = Durchmesser des sich verjüngenden Ausläufereintritts
W = Durchmesser des Auslasskrümmuns
D = Durchmesser des Kolbens
Y = 3300 unteres Ende
= 2100 Mittelbereich
= 900 oberes Ende
F = 168 m/s (Einlass) ± 15 (F = 550 Fuß/s (Einlass) ± 50) 1,5 F = 250 m/s (Einlass) ± 15 (1,5 F = 820 Fuß/s (Einlass) ± 50)
CMM = Kubikmeter pro Minute (CFM = Kubikfuß pro Minute)
V = Gesamtkapazität des Motors
VC = Kapazität eines Zylinders
P = Extraktor/Kollektor Auspuffleitungslänge
B = Durchmesser des Ausgleichslochs
L = Ventilhub
A = Durchmesser des Einlassventilkopfes
AE = Durchmesser des Auspuffventilkopfes
K = Durchmesser der Auspuffleitung (nach Kollektor)
C = ursprüngliche (Einlass/Auspuff) Leitungsgeschwindigkeit
Δ = neu (Einlass/Auspuff) Leitungsgeschwindigkeit
T = Eintrittslänge des sich verjüngenden Ausläufers
R = 183 m/s (Auspuff) ± 15 (R = 600 Fuß/s (Auspuff) ± 50) 1,5 R = 274 m/s (Auspuff) ± 15 (1,5 R = 900 Fuß/s (Auspuff) ± 50)
IVOD = Einlassventilöffnungsdauer (gemessen bei 0,127 cm Ventilhub) (IVOD = Einlassventilöffnungsdauer (gemessen bei 0,050 Zoll) Ventilhub)
OP = Öffnungspunkt des Einlassventils in Grad gekennzeichnet mit +ve wenn BTDC -ve wenn ATDC
CL = Schließpunkt des Einlassventils in Grad ABDC (Skala)
CX = Schließpunkt des Auspuffventils in Grad BTDC (Skala)
EP = 90º für 8 Zyl./60º für 6 Zyl./0º für 4 Zyl.
KW = kilowatt (HP = Bremspferdestärken)
s = Hublänge
Z = 125300 - (410 pro 1º > 11) 11º
J = ursprünglicher Einlassschließpunkt in Grad
H = ursprünglicher Auspuffschließpunkt in Grad
I = neuer Einlassschließpunkt in Grad
EX = neuer Auspuffschließpunkt in Grad
N = 46 m/s (Auspuffsystem) ± 15 (N = 150 Fuß/s (Auspuffsystem) ± 50)
G = mittlere Extraktor/Kollektor Auspuffgeschwindigkeit
ZE = 199700 - (410 pro 1º > 11º)
Q = 0º - 20º @ 0,127 cm Ventilhub (Q = 0º - 20º @ 0,50 Zoll Ventilhub)
RPM = Umdrehungen pro Minute
und X, die Gasgeschwindigkeit am Wert
= D² · s · RPM/(A - 0.419)² · 360
(= D² · s · RPM/(A - 0.165)² · 360)
Längen sind in Zentimetern (Zoll) gemessen, Geschwindigkeiten in Metern (Fuß) pro Sekunde, und die Kapazität und das Volumen in Kubikzentimeter (Zoll).

Claims

1. Hubkolben-Verbrennungsmotor, dar folgendes umfaßt:

mehrere Zylinder, die jeweils eine Zylinderwand aufweisen, mit mindestens einem Einlaßkanal und mindestens einem Auslaßkanal, die in der Zylinderwand angeordnet sind;

Einlaßventile, die in dazugehörigen Einlaßkanälen angeordnet sind, zur Regulierung einer Strömung von in die Zylinder strömendem Gas,

Auslaßventile, die in dazugehörigen Auslaßkanälen angeordnet sind, zur Regulierung einer Abgasströmung von den Zylindern,

in den jeweiligen Zylindern angebrachte Kolben, die jeweils einen Durchmesser D aufweisen und zur Hin- und Herbewegung über eine vorbestimmten Hublänge S in einem Zylinder angebracht sind, wobei die Kolben weiterhin so ausgeführt sind, daß sie eine untere Totpunktlage und eine obere Totpunktlage einnehmen; und mehrere Krümmerleitungen, die

Ansaugkrümmerleitungen, die mit dazugehörigen Einlaßkanälen verbunden sind, und

Auspuffkrümmerleitungen, die mit dazugehörigen Auslaßkanälen verbunden sind, umfassen,

wobei jede der Krümmerleitungen einen sich verjüngenden oder konisch zulaufenden Teil umfaßt, der einer Reihe von Rohren vorgeschaltet ist und ein Endrohr enthält, das sich am nächsten bei einem dazugehörigen Kanal befindet, wobei jedes der Rohre einen konstanten Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt der Rohre in einer von dem Endrohr weg verlaufenden Richtung inkremental zunimmt und das Endrohr weiterhin einen Durchmesser MW aufweist, der gegeben ist durch:

wobei RPM ein bestimmter Wert von Motorumdrehungen pro Minute ist und FR, für einen Einlaßkanal, eine Einströmgasgeschwindigkeit durch den Einlaßkanal von 168 ± 15 m/s (550 ± 50 Fuß/s) und, für einen Auslaßkanal, eine Abgasgeschwindigkeit durch den Auslaßkanal von 183 ± 15/s (600 ± 50 Fuß/s) ist.

2. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem eine einzelne Ansaugkrümmerleitung einen sich verjüngenden Teil mit einer axialen Länge T, einer Eintrittsquerschnittsfläche E an einem Eintrittsende davon und einer Austrittsquerschnittsfläche MW an einem Austrittsende davon umfaßt, wobei T und E gegeben sind durch:

wobei χ die Geschwindigkeit eines Einströmgases Einlaßventil ist.

3. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, der weiterhin einen Luftkammer mit einem Asaugkrümmer umfaßt, wobei der Ansaugkrümmer einen Krümmerauslaß aufweist, der mit einer dazugehörigen Ansaugkrümmerleitung verbunden ist, wobei die Luftkammervorrichtung dadurch den einzelnen Einlaßkanälen vorgeschaltet ist und mit ihnen in Strömungsverbindung steht.

4. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei dem die Luftkammer in zwei ähnliche Kammern geteilt ist.

5. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, der weiterhin eine Platte zur Teilung der Luftkammer in zwei ähnliche Kammern enthält, wobei die Platte in einem mittleren Bereich davon mindestens ein Ausgleichsloch mit einem Durchmesser B aufweist, der gegeben ist durch:

wobei OP ein Öffnungspunkt des Einlaßventils, gemessen in Grad, ist, der vor dem oberen Totpunkt als positiv und hinter dem oberen Totpunkt als negativ bezeichnet wird, CL ein Schließpunkt des Einlaßventils in Grad hinter dem unteren Totpunkt ist. EP für Achtzylindermotoren 90º, für Sechszylindermotoren 60º und für Vierzylindermotoren 0º beträgt und IVOD eine Öffnungsdauer für das Einlaßventil in Grad, gemessen bei einem Ventilhub von 0,127 cm (0,050 Zoll), ist.

6. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, bei das die Rundung des Ausgleichsloch mit einem Radius abgerundet ist, der 25% des Durchmessers B entspricht.

7. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei dem der Ansaugkrümmer der Luftkammer einen Krümmereinlaß enthält, der sich in einem oberen Mittelbereich davon befindet, und wobei die Krümmerinnenwände sanfte, abgerundete Übergänge von dem Krümmereinlaß zu dem Krümmerauslaß definieren.

8. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, mit

mehreren Krümmerauslässen, die jeweils jeweiligen Ansaugkrümmerleitungen entsprechen, wobei die mehreren Krümmerauslässe in einem rechten Winkel auf ihre jeweiligen Krümmerleitungen treffen, wobei die jeweiligen Krümmerleitungen ferner in einem rechten Winkel auf ihre jeweiligen Einlaßkanäle treffen, wobei die jeweiligen Krümmerrohre somit gekrümmt sind.

9. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, mit

mindestens vier Einlaßkanälen und mindestens zwei Ansaugkrümmerleitungen, die zu den beiden Kammern der Luftkammer führen.

10. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, weiterhin mit mindestens einer weiteren, sich verjüngenden Leitung, die an einem größeren Ende davon mit einzelnen Einlaßkanälen und an einem kleineren Ende davon mit dem Endrohr verbunden ist, wobei die sich verjüngende Leitung länger ist als das Endrohr.

11. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem Ansaugkrümmerleitungen ein erstes Rohr enthalten, das mit einem zweiten Rohr verbunden ist, welches wiederum mit einem dritten Rohr verbunden ist, wobei es sich bei dem dritten Rohr um das Endrohr handelt und wobei ein Querschnitt des ersten Rohrs größer ist als ein Querschnitt des zweiten Rohrs und der Querschnitt des zweiten Rohrs größer ist als der Querschnitt des dritten Rohrs, wobei die Ansaugkrümmerleitungen weiterhin sich verjüngende Teile enthalten, die so angeordnet sind, daß sie das erste Rohr mit dem zweiten Rohr und das zweite Rohr mit dem dritten Rohr verbinden, um für einen sanften Strömungsübergang in jedes der Rohre zu sorgen.

12. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, bei dem jede der beiden Ansaugkrümmerleitungen zwei Tertiärrohre mit konstantem Querschnitt und ein Sekundärrohr mit konstantem Querschnitt enthält, das so mit den beiden Tertiärrohren verbunden ist, daß die Tertiärrohre bezüglich des Sekundärrohrs eine Gabel bilden, wobei jedes der ein jeweiliges Endrohr ist;

die mehreren Ansaugleitungen weiterhin ein Primärrohr mit konstantem Querschnitt enthalten, das so mit den Sekundärrohren der beiden Ansaugkrümmerleitungen verbunden ist, daß die Sekundärrohre bezüglich des Primärrohrs eine Gabel bilden, wobei der Querschnitt des Primärrohs größer ist als der Querschnitt der Sekundärrohre und der Querschnitt der Sekundärrohre größer ist als der Querschnitt der Tertiärrohre; und

der sich verjüngende Teil jeder der beiden Ansaugkrümmerleitungen ein erster sich verjüngender Teil ist, wobei die beiden Ansaugkrümmerleitungen weiterhin jeweils einen die Sekundärrohre mit dem Primärrohr verbindenden zweiten sich verjüngenden Teil enthalten, um für einen sanften Strömungsübergang in jedes der Rohre zu sorgen.

13. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, bei dem die beiden Kammern der Luftkammer mittig und vertikal über dem Ansaugkrümmer angeordnet sind;

der sich verjüngende Teil ein erster sich verjüngender Teil ist, wobei jede der Krümmerleitungen weiterhin einen zweiten sich verjüngenden Teil enthält, der ein Eintrittsende und ein Austrittsende aufweist, wobei ein Querschnitt des Austrittsendes größer ist als ein Querschnitt des Eintrittsendes; und

eines der mehreren Rohre ein gekrümmtes Rohr ist, das das Eintrittsende des zweiten sich verjüngenden Teils mit mindestens einer der beiden Kammern der Luftkammer verbindet.

14. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, bei dem die beiden Kammern der Luftkammer auf gegenüberliegenden Seiten der Zylinder angeordnet sind, der sich verjüngende Teil ein erster sich verjüngender Teil ist, wobei jede der Krümmerleitungen weiterhin einen zweiten sich verjüngenden Teil mit einem Eintrittsende und einem Austrittsende aufweist, wobei ein Querschnitt des Austrittsendes größer ist als ein Querschnitt des Eintrittsendes; und eines der mehreren Rohre einen sanften Strömungsübergang bildet, der das Eintrittsende des zweiten sich verjüngenden Teils mit mindestens einer der beiden Kammern der Luftkammer verbindet.

15. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Mittel zur Bewertung kritischer Ventilsteuerzeitereignisse zur Regulierung eines Schließpunkts I eines Einlaßventils, wobei I gegeben ist durch:

wobei C eine Einströmgasanfangsgeschwindigkeit durch einen Einlaßkanal, Δ eine neue Einströmgasgeschwindigkeit durch einen Einlaßkanal und J ein Einlaßventilanfangsschließpunkt in Grad ist.

16. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem die Auspuffkrümmerleitungen jeweils einen sich verjüngenden Teil mit einer axialen Länge T und einer Eintrittsquerschnittsfläche E an einem Eintrittsende davon und einer Austrittsquerschnittsfläche MW an einem Austrittsende davon umfassen, wobei T gegeben ist durch:

wobei E gemessen wird.

17. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, mit einem Paar von Auslaßkanälen, wobei ein Paar von Auslaßventilen jeweils an einem dazugehörigen Paar von Auslaßkanälen angeordnet ist;

wobei der Verbrennungsmotor weiterhin ein Mittel zum Öffnen jedes Paares von Auslaßventilen genau gegenphasig zueinander enthält;

wobei die mehreren Rohre der Krümmerleitungen

mindestens vier Primarröhre und

mindestens zwei Sekundärrohre enthalten, die so mit Paaren der mindestens vier Primärrohre verbunden sind, daß jedes Paar von Primärrohren bezüglich seines dazugehörigen Sekundärrohrs eine Gabel bildet, wobei jedes Paar von Primärrohren und sein dazugehöriges Sekundärrohr zusammen von zwei bis elf Rohre gleicher Länge P enthalten, wobei P gegeben ist durch:

wobei G eine mittlere Abgasgeschwindigkeit ist und Y 3300 beträgt, wenn Motorleistung bei niedriger Drehzahl maximiert wird, 900, wenn Motorleistung bei höchster Drehzahl maximiert wird, und 2100, wenn Motorleistung bei mittlerer Drehzahl maximiert wird;

eine Sammlervorrichtung, die mit den mindestens zwei Sekundärrohren verbunden ist, wobei die Sammlervorrichtung von vier bis elf Rohre gleicher Länge enthält.

18. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Mittel zur Bewertung kritischer Ventilsteuerzeitereignisse zur Regulierung eines Schließpunkts EX eines Auslaßventils, wobei EX gegeben ist durch:

wobei C eine Einströmgasanfangsgeschwindigkeit durch einen Einlaßkanal, Δ eine neue Einströmgasgeschwindigkeit durch einen Einlaßkanal, H ein Einlaßventilanfangsschließpunkt in Grad ist und Q von 0º bis 20º bei einem Ventilhub von 0,127 cm (0,050 Zoll) beträgt.

19. Hubkolben-Verbrennungsmotor, der folgendes umfaßt:

mehrere Zylinder mit Zylinderwänden mit mindestens einem Einlaßkanal und mindestens einem Auslaßkanal, die in der Zylinderwand angeordnet sind;

Einlaßventile, die in dazugehörigen Einlaßkanälen angeordnet sind, zur Regulierung einer Einströmgasströmung in den Zylinder,

in jeweiligen Zylindern angebrachte Kolben, die jeweils einen Durchmesser D aufweisen und zur Hin- und Herbewegung über eine vorbestimmten Hublänge S in einem Zylinder angebracht sind, wobei die Kolben weiterhin so ausgeführt sind, daß sie eine untere Totpunktlage und eine obere Totpunktlage einnehmen; und

mehrere Krümmerrohre, die Ansaugkrümmerleitungen, die mit dazugehörigen Einlaßkanälen verbunden sind, und Auspuffkrümmerrohre, die mit dazugehörigen Auslaßkanälen verbunden sind, umfassen,

wobei jedes der Krümmerrohre einen sich verjüngenden oder konisch zulaufenden Teil umfaßt, der einer Reihe von Rohren vorgeschaltet ist und ein Endrohr enthält, das sich am nächsten bei einem dazugehörigen Kanal befindet, wobei jedes der Rohre einen konstanten Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt der Rohre in einer von dem Endrohr weg verlaufenden Richtung inkremental zunimmt und das Endrohr weiterhin einen Durchmesser MW aufweist, der gegeben ist durch:

wobei RPM ein bestimmter Wert von Motorumdrehungen pro Minute ist und FR, für einen Einlaßkanal, eine Einströmgasgeschwindigkeit durch den Einlaßkanal von 250 ± 15 m/s (820 ± 50 Fuß/s) und, für einen Auslaßkanal, eine Abgasgeschwindigkeit durch den Auslaßkanal von 274 ± 15/s (900 ± 50 Fuß/s) ist.