DE10017204A1 - Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine

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Abstract

Bei einem Luftführungssystem 2 für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine 1 mit einem ersten Systemzweig 3a zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 und einem zweiten Systemzweig 3b zum Zuführen von Abluft zu den einzelnen Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 wird vorgeschlagen, dass die Kanallängen L¶1¶, L¶2¶ des ersten Systemzweigs 3a und die Kanallängen L¶1¶, L¶2¶ des zweiten Systemzweigs 3b einander entsprechen. Vorschlagsgemäß kann ein Druckausgleich zwischen den einzelnen Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1, der Drehmoment- und Leistungsverluste zur Folge hätte, auch ohne den Einsatz von komplexen und daher störanfälligen Ventilmitteln wirkungsvoll vermieden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftführungssystem für eine mehrzy­ lindrige Brennkraftmaschine mit einem ersten Systemzweig zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine und einem zweiten Systemzweig zum Zuführen von Abluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine.
Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Luftführungssystemen ist problematisch, dass der erste und der zweite Systemzweig einander be­ einflussen können, so dass zwischen den einzelnen Zylindern der Brenn­ kraftmaschine ein Druckausgleich stattfindet, was ganz erhebliche Drehmo­ ment- und Leistungsverluste zur Folge hat.
Diesem Problem wird gemäß den Druckschriften DE 198 16 266 A1 und DE 198 19 123 A1 begegnet, indem das Luftführungssystem so ausgebildet ist, dass die Abgasrückführungskanäle des zweiten Systemzweigs mittels ein­ zelner Ventile gegenüber den Luftansaugkanälen des ersten Systemzweigs verschließbar sind.
Des weiteren ist aus der Druckschrift DE 199 08 962 A1 eine Brennkraftma­ schine mit einem kombinierten Luftansaug- und Abgasrückführungssystem bekannt, wobei zur Vermeidung einer gasdynamischen Beeinflussung ein die Abgasrückführungskanäle gemeinsam schaltendes Tellerventil vorgesehen ist, das im geschlossenen Zustand die Verbindung zwischen mindestens zwei Abgasrückführungskanälen unterbricht.
Diese Ventile haben jedoch den Nachteil, dass sie kompliziert aufgebaut sind und durch das rückgeführte Abgas stark verschmutzen, wodurch sie äußerst störanfällig sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Luftfüh­ rungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine zu konzipieren, das ohne solche störanfälligen Ventile auskommt und zusätzlich zu keinen we­ sentlichen Drehmoment- und Leistungsverlusten der Brennkraftmaschine führt.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Luftführungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Indem die Kanallängen des ersten und des zweiten Systemzweigs einander entsprechen, wird ein Druckausgleich zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine auch ohne zwischengeschaltete Ventilmittel wirkungsvoll verhindert. Denn die Kanallängen des ersten Sys­ temzweigs zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine sind im Allgemeinen so dimensioniert, dass der erste Systemzweig schwingfähig ist und bei entsprechender Dimensionierung der Kanallängen des zweiten Systemzweigs ist dieser ebenfalls schwingfähig, wobei diese Schwingungen innerhalb der beiden Systemzweige einem Druckausgleich untereinander beziehungsweise zwischen den einzelnen Zy­ lindern der Brennkraftmaschine entgegenwirken.
Hierbei sind geeignete Kanallängen, die das Drehmomentverhalten der Brennkraftmaschine positiv beeinflussen, in erster Linie vom Querschnitts­ verlauf sowie von den Materialeigenschaften des Kanals abhängig und kön­ nen mittels bekannter Berechnungsmethoden, Simulationsprogrammen oder Messungen an der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
Ist der erste Systemzweig darüber hinaus so ausgebildet, dass er unter­ schiedliche schaltbare Kanallängen aufweist, wobei die Brennkraftmaschine zur Erhöhung des Drehmoments im unteren Drehzahlbereich über die lan­ gen Kanäle und im oberen Drehzahlbereich über die kurzen und die langen Kanäle mit Frischluft versorgt wird, so wird weiterbildungsgemäß vorgeschla­ gen, dass beide Systemzweige jeweils unterschiedliche schaltbare Kanallän­ gen aufweisen, die einander wiederum entsprechen, wobei die Umschaltung des ersten und des zweiten Systemzweigs synchron erfolgt. Somit kann auch bei einem Luftführungssystem mit einem schaltbaren ersten System­ zweig zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brenn­ kraftmaschine ein schwingungsgleicher zweiter Systemzweig bereitgestellt und einem Druckausgleich zwischen den einzelnen Zylindern der Brenn­ kraftmaschine entgegengewirkt werden.
Vorteilhaft ist für die Umschaltung des ersten und des zweiten Systemzweigs eine gemeinsame Steuereinrichtung und idealerweise auch ein gemeinsa­ mes Schaltelement, wie zum Beispiel eine Schaltwalze oder eine Schalt­ klappenwelle vorgesehen. Denn damit ist in jedem Fall gewährleistet, dass die Umschaltung der beiden Systemzweige auch tatsächlich synchron er­ folgt.
Der zweite Systemzweig zum Zuführen von Abluft kann ein Motorgehäuse- beziehungsweise ein Zylinderkopfentlüftungssystem sein.
Zweckmäßig ist der zweite Systemzweig zum Zuführen von Abluft jedoch ein Abgasrückführungssystem, da moderne verbrauchsgünstige Brennkraftma­ schinen meist mit hohen Abgasrückführungsraten betrieben werden, wobei das rückgeführte Abgas auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gleichmäßig verteilt werden muss.
Besonders zweckmäßig mündet der zweite Systemzweig kurz vor den Ein­ lassventilen der Brennkraftmaschine in den ersten Systemzweig ein. Da­ durch können Verunreinigungen des ersten Systemzweigs durch die im zweiten Systemzweig geförderte Abluft weitgehendst vermieden werden. Denn insbesondere dann, wenn der zweite Systemzweig zur Rückführung von Abgas dient, droht sonst eine starke Verschmutzung des ersten System­ zweigs.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungsfigu­ ren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem erfin­ dungsgemäßen Luftführungssystem, das einen ersten und einen zweiten Systemzweig aufweist;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform des zweiten Systemzweigs aus Fig. 1;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des zweiten Systemzweigs aus Fig. 1;
Fig. 4 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Luftfüh­ rungssystem das einen gegenüber Fig. 1 alternativ ausge­ bildeten zweiten Systemzweig aufweist; und
Fig. 5 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Luftfüh­ rungssystem, das einen weiteren gegenüber Fig. 1 alterna­ tiv ausgebildeten zweiten Systemzweig aufweist.
Die mehrzylindrige Brennkraftmaschine 1 weist ein Luftführungssystem 2 mit einem ersten Systemzweig 3a zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 und mit einem zweiten Systemzweig 3b zum Zuführen von Abluft - hier rückgeführtem Abgas - zu den einzelnen Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 auf.
Der erste Systemzweig 3a weist einen Luftsammler 5a auf, der über nicht dargestellte Leitungen mit Frischluft versorgt wird. Vom Luftsammler 5a ge­ hen pro Zylinder 4 jeweils zwei Kanäle 6a und 6a' mit unterschiedlichen Län­ gen L1, L2 aus. Stromab des Luftsammlers 5a vereinigen sich der kurze Ka­ nal 6a und der lange Kanal 6a' zu einem gemeinsamen Kanal 7a, der bis an die Brennkraftmaschine 1 herangeführt ist. Zur Umschaltung ist im kurzen Kanal 6a ein Schaltelement 8a vorgesehen, das als eine auf einer Welle gelagerte Klappe ausgebildet ist, so dass bei geöffneter Klappe die Brenn­ kraftmaschine 1 über den kurzen Kanal 6a sowie über den langen Kanal 6a' und bei geschlossener Klappe über den langen Kanal 6a' mit Frischluft ver­ sorgt wird.
Der in Fig. 1 dargestellte zweite Systemzweig 3b weist ebenfalls einen Luft­ sammler 5b auf, der über eine Abgasrückführungsleitung 9, innerhalb der ein zusätzliches Abgasrückführungsventil 10 vorgesehen ist, mit aus den Zylin­ dern 4 der Brennkraftmaschine 1 rückgeführtem Abgas versorgt wird. Dabei ist das zusätzliche Abgasrückführungsventil 10 geöffnet, wenn eine Rückfüh­ rung des Abgases erfolgen soll und geschlossen, wenn keine Rückführung des Abgases erfolgen soll. Von dem Luftsammler 5b des zweiten System­ zweigs 3b gehen wie beim ersten Systemzweig 3a pro Zylinder 4 zwei Ka­ näle 6b, 6b' mit unterschiedlichen Längen L1, L2 aus, wobei diese Kanallän­ gen L1, L2 den Kanallängen L1, L2 des ersten Systemzweigs 3a entsprechen. Die beiden Kanäle 6b, 6b' vereinigen sich stromab des Luftsammlers 5b wieder zu einem gemeinsamen Kanal 7b, der kurz vor den Einlassventilen 11 der Brennkraftmaschine 1 in einen der gemeinsamen Kanäle 7a des ers­ ten Systemzweigs 3a einmündet. Die Umschaltung zwischen den unter­ schiedlichen Kanallängen L1, L2 erfolgt beim zweiten Systemzweig 3b wie beim ersten Systemzweig 3a, indem innerhalb des kurzen Kanals 6b eine auf einer Welle gelagerte Klappe als Schaltelement 8b vorgesehen ist. Je nachdem, ob die Klappe nun geöffnet oder geschlossen ist, wird das rück­ geführte Abgas über den kurzen Kanal 6b und über den langen Kanal 6b' o­ der nur über den langen Kanal 6b' zu einem einzelnen Zylinder 4 der Brenn­ kraftmaschine 1 geleitet.
Die beiden Schaltelemente 8a, 8b der beiden Systemzweige 3a, 3b werden mittels einer vereinfacht dargestellten Steuereinrichtung 12 gemeinsam an­ gesteuert, so dass eine synchrone Umschaltung von den kurzen und langen Kanallängen L1, L2 auf die langen Kanallängen L2 erfolgen kann. Die Kanal­ längen L1 und L2 erstrecken sich dabei jeweils von den Luftsammlern 5a, 5b bis zu den von den Einlassventilen 11 beherrschten Einlassöffnungen der Brennkraftmaschine 1.
Bei der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsform des zweiten Sys­ temzweigs 3b aus Fig. 1 werden die unterschiedlichen Kanallängen L1, L2 pro Zylinder 4 jeweils mittels eines eigenen Schaltelements 8b umgeschaltet, während bei der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform des zwei­ ten Systemzweigs 3b aus Fig. 1 die unterschiedlichen Kanallängen L1, L2 aller Zylinder 4 mittels eines gemeinsamen Schaltelements 8b umgeschaltet werden.
Die in Fig. 4 gezeigte Alternative des zweiten Systemzweigs 3b der mehr­ zylindrigen Brennkraftmaschine 1 sieht für die beiden Kanäle 6b, 6b' keinen gemeinsamen Luftsammler vor, sondern weist für die kurzen Kanäle 6b ein eigenes Sammelvolumen 13 und für die langen Kanäle 6b' eine direkte Ver­ bindung mit der Abgasrückführungsleitung 9 der Brennkraftmaschine 1 auf. Ganz ähnlich sieht der in Fig. 5 gezeigte zweite Systemzweig 3b aus, da dort die kurzen Kanäle 6b eine direkte Verbindung zu der Abgasrückfüh­ rungsleitung 9 der Brennkraftmaschine 1 haben und die langen Kanäle 6b' ein eigenes Sammelvolumen 13' aufweisen. Daher erstrecken sich die Ka­ nallängen L1 und L2 dort von den Luftsammlern 5a, 5b beziehungsweise von dem Abgasrückführungsventil 10 bis zu den von den Einlassventilen 11 be­ herrschten Einlassöffnungen der Brennkraftmaschine 1.

Claims (7)

1. Luftführungssystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit ei­ nem ersten Systemzweig zum Zuführen von Frischluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine und einem zweiten Systemzweig zum Zuführen von Abluft zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftma­ schine, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanallängen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (3a) und die Kanal­ längen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b) einander entsprechen.
2. Luftführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Systemzweig (3a) und der zweite Systemzweig (3b) pro Zylin­ der (4) jeweils unterschiedliche schaltbare Kanallängen (L1, L2) aufwei­ sen, wobei die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Kanallän­ gen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (3a) und den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b) synchron erfolgt.
3. Luftführungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (3a) und den unterschiedlichen Kanallän­ gen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b) eine gemeinsame Steuer­ einrichtung (12) vorgesehen ist.
4. Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass für die Umschaltung zwischen den unterschiedli­ chen Kanallängen (L1, L2) des ersten Systemzweigs (3a) und den unterschiedlichen Kanallängen (L1, L2) des zweiten Systemzweigs (3b) ein gemeinsames Schaltelement (8) vorgesehen ist.
5. Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der zweite Systemzweig (3b) zum Zuführen von Abluft ein Motorgehäuse- beziehungsweise ein Zylinderkopfentlüf­ tungssystem ist.
6. Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der zweite Systemzweig (3b) zum Zuführen von Abluft ein Abgasrückführungssystem ist.
7. Luftführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der zweite Systemzweig (3b) kurz vor den Einlass­ ventilen (11) der Brennkraftmaschine (1) in den ersten Systemzweig (3a) einmündet.
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