專利名稱:單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的改進排氣系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的改進排氣系統(tǒng)。
本發(fā)明涉及用于車輛的單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的排氣系統(tǒng)的改進，其產生提高性能的效果。
更具體地說，本發(fā)明能夠使發(fā)動機在較低的發(fā)動機轉速下產生的轉矩得到改善。例如，申請人設計的用本發(fā)明的發(fā)動機在發(fā)動機轉速3000～5000轉/分(RPM)范圍內改善了轉矩性能，這正是典型的車輛的正常驅動區(qū)域，而在發(fā)動機較高轉速時還能獲得高的功率輸出。本發(fā)明特別適用作兩輪和三輪車輛的原動力的發(fā)動機。為了簡便描述，本文中的“車輛”是指使用單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的車輛，本文中的“發(fā)動機”是指單缸四沖程火花點火式發(fā)動機。
車輛通常裝備有排氣系統(tǒng)，以獲得發(fā)動機的期望的性能特性，減少發(fā)動機燃燒的噪音，并使空氣-燃料混合物的燃燒產物能夠以確定的方向排入大氣。例如，簡單的摩托車排氣系統(tǒng)包括總管、消音器，如有必要還設有防護或者熱擋板?？偣芸梢允菃我恢睆交蛘呔哂幸粋€或更多個不同直徑的梯級。排氣系統(tǒng)的一端連接在發(fā)動機的排氣端口，另一端在車輛的尾部。排氣系統(tǒng)巧妙地組裝在摩托車的可用空間內。
用于上面提到的發(fā)動機的傳統(tǒng)的排氣系統(tǒng)遇到的問題之一是當排氣系統(tǒng)被設計以獲得期望的性能水平時，很難達到較低轉速時的有效轉矩以及較高轉速時的性能之間的適當平衡。因此，為了獲得較好的性能，特別是發(fā)動機高轉速時的最大凈功率，通常需要犧牲較低轉速下轉矩的有效性。
而另一個問題就是提高了性能，通常會伴隨著噪音水平的增加，這是不希望出現的并有可能超出法定限制。
為了克服至少一些上述問題，申請人發(fā)明了一種排氣系統(tǒng)，其中在發(fā)動機轉速較低時能夠產生較高的轉矩，同時能夠在發(fā)動機轉速較高時保持所需的發(fā)動機性能和轉矩，并且還能保持理想的噪音水平。這是通過連接了一個具有預定容積的腔室實現的，直接或者通過一個連接管外部連接到排氣系統(tǒng)的總管(成梯狀的或其它形狀)，優(yōu)選地，位于從排氣法蘭的面沿著所述總管長度方向到占總管展開長度的40％～60％的距離處。為了方便，腔室的位置應當選擇得既能夠容納在摩托車的可用空間內，又能夠不用損失離地間距。
通常，如果一個典型的已知發(fā)動機調整得在轉速為8000轉/分時具有最大凈功率，那么好的發(fā)動機能夠在轉速為6000轉/分時達到峰值轉矩。在這種情況下，轉速為3500轉/分時的轉矩將比峰值轉矩約低15％。這導致在發(fā)動機轉速低時車輛的驅動性能較差，然而在發(fā)動機轉速較高時性能較好。相反地，如果發(fā)動機調整得在較低轉速時獲得峰值轉矩，例如在5000轉/分，則將在大約7000轉/分時達到峰值功率，但這時峰值功率的數值通常較小?；谑褂孟嗤能囕v齒輪傳動比的比較，可以得出采用這種發(fā)動機的車輛低轉速時具有較好的驅動性能，但是高轉速時性能較差。
為了獲得這種發(fā)動機的較好性能，申請人的依據本發(fā)明改進的排氣系統(tǒng)能夠在轉矩和發(fā)動機轉速關系中產生至少兩個轉矩峰值。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，一個轉矩峰值出現在大約在4500轉/分時，第二個轉矩峰值出現在發(fā)動機轉速大約6000轉/分時。在這樣的應用中，排氣系統(tǒng)能夠使在3500轉/分的轉速下的轉矩的可用性為6000轉/分的轉速時的峰值轉矩的5％以內。
根據本發(fā)明的改進排氣系統(tǒng)是基于排氣系統(tǒng)的脈沖調諧的原理工作的。預定容積的腔室直接或者通過具有預定直徑和長度的連接管與總管相連接，優(yōu)選地，位于從排氣法蘭的面、在總管的總展開長度的40％～60％之間的展開距離處。兩個轉矩峰值是由總管端部和腔室開口處的壓力波反射的組合產生的。
以前已經有很多關于排氣系統(tǒng)領域的發(fā)明，然而，他們的原理與本發(fā)明的非常不同，例如1)US4779415闡述了利用連接在多缸體發(fā)動機排氣歧管上的赫爾姆霍茨(Helmholtz)諧振器來降低噪音。多缸體發(fā)動機受到的排氣動力學與單缸體發(fā)動機相比大不相同。多缸體重疊的排氣脈動為排氣調諧效應提供了機會，而單缸體發(fā)動機則沒有這種機會。
2)JP11-062547闡述了發(fā)動機排氣系統(tǒng)的赫爾姆霍茨諧振器的使用，講述了用赫爾姆霍茨諧振器裝置的諧振效應來產生特定頻率的波，其壓制了系統(tǒng)共振。至于上述情況，其講述同樣是關于多缸體發(fā)動機的應用來說的。
因此，這些專利中沒有直接關于提高轉矩和單缸體發(fā)動機的特殊要求的講述，與本申請的講述有很清楚的區(qū)別。
下面將結合隨后的對本發(fā)明做進一步詳細闡述圖1示出了現有技術的發(fā)動機的典型的排氣系統(tǒng)；圖1A示出了現有技術的摩托車的典型的排氣系統(tǒng)位置的俯視圖；圖1B示出了現有技術的摩托車的典型的排氣系統(tǒng)位置的側視圖；圖2示出了現有技術的典型的發(fā)動機的轉矩曲線；圖3示出了本發(fā)明的包含有腔室的排氣系統(tǒng)；圖3A示出了依據本發(fā)明的摩托車的典型排氣系統(tǒng)位置的俯視圖；圖3B示出了依據本發(fā)明的摩托車的典型排氣系統(tǒng)位置的側視圖；圖4示出了依據本發(fā)明的發(fā)動機排氣系統(tǒng)的腔室和總管的連接細節(jié)；圖5示出了裝有依據本發(fā)明的改進排氣系統(tǒng)的發(fā)動機的典型轉矩曲線圖。
在一個實施例中，根據本發(fā)明的改進排氣系統(tǒng)包括總管細小部分(11)、排氣法蘭(12)、連接管(13)、腔室(14)、管(16)、總管粗大部分(17)、管嘴(19)、墊圈(20)、螺栓(21)和托架(18)。
圖1、圖1A和圖1B示出了現有技術的典型的排氣系統(tǒng)和其位置。它包括一端裝配有法蘭(2)的總管(1)，法蘭(2)通過合適的螺栓或者螺柱和螺母連接到汽缸蓋(圖中未示出)。總管的另一端焊接或者組裝到消音器(3)上。從汽缸蓋排出的廢氣被引導至所述總管，接著到消音器，然后釋放到大氣中。消音器上裝的熱擋板(4)保護駕駛者和后座免受排氣系統(tǒng)的熱。這種排氣系統(tǒng)已為人們所熟知，不需要做過多描述。
圖2示出了裝有現有技術的排氣系統(tǒng)的典型的發(fā)動機的典型的節(jié)氣門全開(wide open throttle)轉矩曲線。從該曲線可以觀察到峰值轉矩出現在發(fā)動機轉速在6500轉/分左右時。
圖3、圖3A、圖3B和圖4示出了依據本發(fā)明改進的排氣系統(tǒng)，其帶有腔室(14)，連接管(13)將所述腔室和管(16)連接起來，所述管(16)位于前總管(11)和尾部總管(17)之間，總管(11)設置有排氣法蘭(12)，所述后總管(17)與所述消音器(15)相連接。
作為使用管(16)作為前總管(11)和尾部總管(17)的中間連接件的備選方案，連接管(13)可以直接焊接在總管(1)上(如圖1所示)。
作為連接所述連接管(13)和所述腔室(14)到總管(1)的備選方案，如圖1所示，所述腔室(14)可以直接焊接在總管(1)上。
如圖3、圖3A、圖3B和圖4所示，總管(1)分為前總管(11)和尾部總管(17)。連接發(fā)動機排氣端口和消音器的所述前總管和尾部總管的端部是和總管(1)一樣的。所述前總管(11)的展開長度是由一些參數如發(fā)動機功率、不同的發(fā)動機轉數下的轉矩要求以及管徑等決定的。為了加強腔室(14)的裝配，焊接管(16)以連接尾部總管(17)和所述腔室(14)。消音器(15)與尾部總管(17)相連接。所述連接管(13)優(yōu)選地設在從所述排氣法蘭的面沿著所述總管長度方向、在總管展開長度(其為前總管和尾部總管以及連接管的組合長度)的40％～60％之間的一處。連接管(13)或者管(16)設有管嘴(19)。管嘴的另一端帶有螺紋，其通過墊圈(20)和螺栓(21)封閉。所述墊圈和螺栓是可拆卸的以方便通過適合的儀器測量排出廢氣的排放值?？紤]到強度問題，腔室(14)和尾部總管之間設有托架(18)。
腔室(14)是具有預定容積的，由兩片半金屬片焊接而成。腔室(14)的頂端表面(24)可方便地加設增強紋(25)以增加剛度和減少由該表面振動產生的噪音。本實施例的另一個優(yōu)點是腔室(14)的底端表面(26)的位置比連接管(13)稍高且向連接管(13)朝下傾斜。這樣，任何聚集的水汽從腔室14排回入排氣系統(tǒng)。
選擇連接管(13)的長度，使得能夠獲得轉矩特性改進的期望結果，并且所述腔室不必損失離地間距就能很好地定位在摩托車下面的可用空間內。這是一種非常簡單的設計方式，在一些情況下可通過非創(chuàng)造性的反復試驗就能很容易地得出。
圖3A和圖3B示出了典型的這種定位方式。腔室的形狀和構造可以根據在摩托車上的不同位置而不同。
圖5示出了裝有所描述的本發(fā)明的實施例的排氣系統(tǒng)的發(fā)動機的典型的節(jié)氣門全開轉矩性能關于轉/分形式的發(fā)動機轉速的曲線。可以看出，在轉速為3000～5000轉/分的典型的摩托車的正常驅動區(qū)域，發(fā)動機的轉矩有了顯著的提高，同時在發(fā)動機轉速超過7000轉/分時基本保持了原始轉矩，這對發(fā)動機的性能是很重要的。申請人在做了大量的試驗之后得出典型的發(fā)動機的轉矩在3000～5000轉/分的轉速范圍內的改進是大約5-7％。同時，車輛噪音水平也滿足法定要求。
如這里所描述的以及附圖中示出的車輛的改進的排氣系統(tǒng)，以及其在本領域技術人員的知識范圍之內、不背離本發(fā)明的范圍的不同變化和修改都應該涵蓋在本發(fā)明和其實施例的范圍之內。
權利要求
1.一種用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，包括總管(1)、腔室(14)和消音器(15)；所述總管的一端帶有排氣法蘭(12)，適于連接到發(fā)動機的排氣端口，另一端連接到所述消音器(15)；所述腔室(14)連接在所述的帶有排氣法蘭(12)的一端和所述消音器(15)之間，優(yōu)選地在從所述排氣法蘭(12)的面沿所述總管的長度方向、在總管的展開長度的40％～60％之間的一處。
2.根據權利要求
1所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述腔室(14)通過連接管(13)連接到所述總管(1)。
3.根據權利要求
2所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述總管(1)包括其所述第一端(12)連接在發(fā)動機排氣端口的前總管(11)和連接至所述消音器(15)的尾部總管(17)；所述前總管(11)和所述尾部總管(17)通過連通管(16)相互連接，所述腔室(14)通過連接管(13)安裝到連通管(16)。
4.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述排氣系統(tǒng)用于兩輪或者三輪車輛。
5.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述腔室(14)位于所述發(fā)動機之下。
6.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述腔室(14)呈平狀，其豎向尺寸基本小于其橫向尺寸。
7.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述腔室(14)具有預定容積，其由片狀金屬制成。
8.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述腔室(14)為長方體形狀，具有上半部和下半部，所述兩個半部彼此相互連接構成一個封閉容積。
9.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述腔室(14)安裝到連接管(13)，使得所述腔室的底表面比所述連接管(13)高，以使冷凝的水能夠從腔室排到所述連接管內。
10.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述腔室(14)水平地位于所述發(fā)動機之下，以保持離地間距且不延伸超過車輛的寬度。
11.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述連接管(13)設有管嘴(19)，用于允許采樣排放的廢氣。
12.根據權利要求
3所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中所述管(16)設有管嘴(19)，用于允許采樣排放的廢氣。
13.根據前述權利要求
之任一項所述的用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，其中出于強度考慮在所述腔室(14)和所述總管(17)之間設有所述托架(18)。
專利摘要
一種用于改進單缸四沖程火花點火式發(fā)動機的轉矩特性的排氣系統(tǒng)，包括總管(1)、腔室(14)和消音器(15)，所述總管(1)的一端帶有排氣法蘭(12)，適于連接到發(fā)動機的排氣端口，另一端連接所述的消音器(15)；所述腔室(14)連接在具有所述排氣法蘭(12)的所述一端和所述消音器(15)之間，優(yōu)選地在從排氣法蘭(12)的面沿所述總管的長度方向、在總管的展開長度的40％～60％之間的一處。
文檔編號F01N13/02GK1993539SQ200580025898
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月3日
發(fā)明者約瑟·亞伯拉罕 申請人:巴亞汽車股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan