TWI510705B - Rotor engine inlet and exhaust pipe optimization device - Google Patents

Description

轉子引擎進排氣管優化之裝置

本發明係屬於一種轉子引擎進排氣管優化之方法及其裝置，特別是關於控制進氣管及排氣管之管長、管徑及管形，使氣管壓力與引擎氣室壓力配合，以提升引擎馬力。

習知，轉子引擎具有功率重量比高、體積小、零件小且結構緊湊、前視面積小等優點，其引擎進排氣管為一平滑直管，該引擎係由一三角形轉子將汽缸分成三個氣室，當該轉子轉動一週，該三個氣室皆可完成一次的進氣、壓縮、燃燒與排氣以產生動力輸出，當氣室內之氣體與火花相遇後，迅速燃燒，所產生之熱能令氣體產生強大壓力進而輸出動力，影響該引擎性能之因素其中包括進排氣時序安排、點火時間、汽缸容積、空燃比等。然而，對轉子引擎而言，在固定的幾何外型條件下，動力輸出特性便已決定，無法變更，不似一般往復式引擎(PISTON ENGINE)可藉由進排氣閥門控制調整進排氣時序，達到最佳進排氣狀態。

一般而言，進氣狀態與進氣管及進氣氣室壓力差相關，引擎進氣階段，希望能進越多新鮮空氣越好，故希望進氣管壓力能一直高於氣室壓力，則進氣管提供氣量進入氣室，反之，氣室壓力高於進氣管壓力，則氣室會將氣流擠入進氣管，此時意味著引擎進氣停止或甚至有氣流從進氣管流出，造成進氣量不足。

目前於引擎性能提升方式大多著眼於燃燒室外型或點火時序，引擎本體修改所需成本與時間較多，使用增壓器可提供較高的進口壓力及進氣量來達到性能提升之效果，但過高的壓力卻會造成油耗率的增加，部分油氣由排氣管排出，不夠經濟及環保。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明主要在提供一種轉子引擎進排氣管優化之方法，透過進排氣管之外型調整進氣管內壓力波並配合轉子引擎內氣室之壓力，以改善引擎之進氣狀態，提升馬力輸出性能。在不更動引擎本體設計下，僅調整進排氣管形、管長與管徑，與過去引擎進排直管相比，以漸縮進氣管形與漸擴排氣管形調整氣管壓力以增加進氣量，進而提升引擎馬力。

當引擎氣室排氣完後，氣室容積變大，引擎處於負壓(低於大氣壓力)狀態開始進氣程序，進氣管壓力大於氣室壓力，則進氣管空氣可順利進入氣室，隨氣室氣量漸足即壓力上升，空氣需求量減少，氣流慣性會使進氣管靠引擎端壓力升高形成壓力波。在氣流量增減時，進氣管內所形成壓力波會往引擎端及氣管開口端推進，碰到引擎端或開口端後產生回波，這二股壓力波在管內運行交疊組成瞬時壓力均值，當下一個氣室又開始進氣，這時瞬間壓力波與氣室壓差就決定在該時間點的進氣量。

轉子在不同的角度轉動時，可測得氣室與氣管內壓力變化，藉由最大壓力點及壓力回波相差說明管內壓力波的振幅及頻率，可利用氣管幾何外型來改變。為了達到上述目的，本發明提供一種轉子引擎進排氣管優化之方法，該方法係包括：(A)提供一轉子引擎本體；(B)運轉該轉子引擎並量測氣管壓力波與引擎氣室之壓力；(C)控制進氣管管形係經由一管長使進氣口端管徑大於引擎端管徑，排氣管管形係經由一管長使引擎端管徑小於排氣口端管徑；以及(D)依次以不同的管長長度、管徑長度及管形角度的排列組合，進行一系列引擎馬力輸出性能測試，藉由引擎性能測試結果，決定該管長、管徑及管形的最佳組合S40。

其中，進氣管與排氣管管形之控制係指控制該氣管之角度，該角度為氣管端與引擎端連線延伸之夾角。角度控制範圍係為0度至50度，以間隔取值進行組合。該管長控制範圍係為100mm至1500mm，以間隔取值進行組合。該管徑係考量該引擎本體之幾何條件及空間限制下，該引擎端管徑愈大則該引擎馬力提升效果愈好。

步驟(D)中藉由不同的管長長度、管徑長度及管形角度的排列組合，配合該轉子引擎氣室之壓力，調整該進氣管內壓力波的振幅與頻率，使該引擎於進氣狀態時，該進氣管壓力高於氣室壓力。

另，該進氣管係為一漸縮管形，該進氣管進氣口端的管徑大於引擎端管徑，其氣流運動方向由截面積大之該進氣口端到截面積小之該引擎端；該排氣管係為一漸擴管形，該排氣管引擎端管徑小於排氣口端管徑，氣流運動方向由截面積小之該引擎端到截面積大之該排氣口端。

藉此，透過調整進氣管與排氣管之管形、管徑及管長，使該轉子引擎在進氣的過程中，隨著氣室建壓狀態，使氣管內形成之壓力波配合進氣階段氣室壓力，可有效增加進氣量，提升馬力輸出性能。

本發明之另一目的係提供一種轉子引擎進排氣管優化之裝置，該裝置係包括：一轉子引擎本體，係包含一進氣管係與該引擎本體進氣口處連接及一排氣管係與該引擎本體排氣口處連接，使該引擎本體藉由該進氣管進氣至該引擎本體產生動力後，廢氣經由該排氣管排出；其中該進氣管與該引擎本體連接之一端係為一引擎端，該進氣管之另一端與外界連通係為進氣口端，該進氣管管形係經由一管長使該進氣口端管徑大於該引擎端管徑；以及該排氣管與該引擎本體連接之一端係為一引擎端，該排氣管之另一端與外界連通係為排氣口端，該排氣管管形係經由一管長使該引擎端管徑小於該排氣口端管徑，藉由該進氣管與該排氣管管徑、管長及管形之搭配，調整管內壓力波配合該氣室壓力，進而增加進氣量，使引擎進氣與排氣順暢，以提升該轉子引擎馬力輸出。

其中該進氣管與該排氣管之外型設計，如前述之一種轉子引擎進排氣管優化之方法，係依氣管之管長長度、管徑長度與管形角度，調整管內之壓力波配合氣室壓力，以達成較好的進氣狀態，該排氣管之管長可大於進氣管之管長。其中該進氣管與該排氣管之管形係可為分段或連續曲面之方式為之，係可呈一錐形管。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其它目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

S10~S40‧‧‧步驟

10‧‧‧轉子引擎本體

20‧‧‧進氣管

21‧‧‧進氣口端

22‧‧‧引擎端

30‧‧‧排氣管

31‧‧‧引擎端

32‧‧‧排氣口端

第一圖係為本發明轉子引擎進排氣管優化方法之流程圖。

第二圖係為本發明轉子引擎進排氣管優化裝置之示意圖。

第三圖係為本發明轉子引擎進排氣管之管形角度示意圖。

第四圖係為本發明轉子引擎進排氣管優化裝置實施例之示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其它優點與功效。參閱第一圖，本發明轉子引擎進排氣管優化方法之步驟係為：(A)提供一轉子引擎本體S10；(B)運轉該轉子引擎並量測氣管壓力波與引擎氣室之壓力S20；(C)控制進氣管管形係經由一管長使進氣口端管徑大於引擎端管徑，排氣管管形係經由一管長使引擎端管徑小於排氣口端管徑S30；以及(D)依次以不同的管長長度、管徑長度及管形角度的排列組合，進行一系列引擎馬力輸出性能測試，藉由引擎性能測試結果，決定該管長、管徑及管形的最佳組合S40。

藉由上述方法調整該進氣管及該排氣管壓力波配合該引擎氣室壓力，使進排氣順暢，形成一轉子引擎進排氣優化裝置，增加進氣量，使引擎進氣與排氣順暢，以提升該轉子引擎馬力輸出。

參閱第二圖，本發明之一種轉子引擎進排氣管優化裝置示意圖，該裝置係包括：一轉子引擎本體10、一進氣管20及一排氣管30，其中該進氣管20係為一漸縮式錐形管，具有一進氣口端21及一引擎端22；該排氣管30係為一漸擴式錐形管，具有一引擎端31及一排氣口端32。該轉子引擎本體10之進氣管20係與該轉子引擎本體10進氣口處連接，該轉子引擎本體10之排氣管30係與該轉子引擎本體10排氣口處連接，使該轉子引擎本體10藉由該進氣管20進氣至該轉子引擎本體10產生動力後，廢氣經由該排氣管30排出。

實施例一：請參閱第三圖轉子引擎進排氣管之管形角度示意圖及第四圖轉子引擎實施例示意圖，提供一轉子引擎本體10，該引擎於每 分鐘6800轉(6800rpm，revolution per minute)下可提供約30~40匹馬力(30~40hp，約22.37~29.83KW)功率，固定漸擴式排氣管30管長、管徑及管形，固定漸縮式進氣管20之管徑35毫米(mm)、管形角度8度，調整進氣管長長度50mm~1000mm，進行引擎性能測試，得出進氣管管長影響引擎性能趨勢結果，可提升引擎輸出功率10%~17%，其中在進氣管長長度約800mm時，其引擎輸出功率提升約16.8%。

實施例二：提供一轉子引擎本體10，該引擎於6800rpm轉速下可提供約30~40hp功率，固定漸擴式排氣管30管長、管徑及管形，固定漸縮式進氣管20之管長400mm、管形角度8度，調整進氣管徑長度25mm~50mm，進行引擎性能測試，得出進氣管管徑影響引擎性能趨勢結果，可提升引擎輸出功率0.2%~16%，其中在進氣管徑長度約50mm時，其引擎輸出功率提升約16%。

實施例三：提供一轉子引擎本體10，該引擎於6800rpm轉速下可提供約30~40hp功率，將漸縮式進氣管20之管徑由25mm以間隔5mm取至50mm、管長範圍由0mm取至1200mm及管形角度範圍0~20度；漸擴式排氣管30之管徑由20mm取至50mm、管長範圍由0mm取至1200mm及管形角度範圍0~20度，於此條件下，優化出進氣管管徑大於35mm，進氣管管長範圍400mm~800mm與漸縮進氣管角度2~8度，排氣管管徑大於30mm，排氣管管長大於200mm與漸擴排氣管角度0~8度，可有效提升引擎輸出功率約2%~18%。

藉此，各式進排氣管引擎裝置於既有的輸出馬力下，透過進排氣管之管長、管徑及管形優化設計，提供進排氣管之管長、管徑及管形組合搭配，以提升該引擎性能。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

10‧‧‧轉子引擎本體

20‧‧‧進氣管

21‧‧‧進氣口端

22‧‧‧引擎端

30‧‧‧排氣管

31‧‧‧引擎端

32‧‧‧排氣口端

Claims (1)

1. 一種轉子引擎進排氣管優化之裝置，該裝置係包括：一轉子引擎本體，係包含一進氣管係與該引擎本體進氣口處連接及一排氣管係與該引擎本體排氣口處連接，使該引擎本體藉由該進氣管進氣至該引擎本體產生動力後，廢氣經由該排氣管排出；其中該進氣管管徑大於35mm，管長範圍400mm~800mm，與該引擎本體連接之一端係為一引擎端，該進氣管之另一端與外界連通係為進氣口端，該進氣管管形係為一漸縮管形，漸縮角度2~8度，使該進氣口端管徑大於該引擎端管徑；以及該排氣管管徑大於30mm，管長範圍大於200mm，與該引擎本體連接之一端係為一引擎端，該排氣管之另一端與外界連通係為排氣口端，該排氣管管形係為一漸擴管形，漸擴角度0~8度，使該引擎端管徑小於該排氣口端管徑。