DE102006010474A1 - Saugrohranordnung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Ein Frischluft/Verbrennungsgas-Gemisch wird zu einem Zylinder eines Verbrennungsmotors (1) zugeführt, der einen ersten Ansaugkanal (9), einen zweiten Ansaugkanal (10) und wenigstens einen im Bereich eines der Ansaugkanäle (9) mündenden Turbulenzkanal (17) zur Zufuhr von Abgas aus einem Auslassbereich des Verbrennungsmotors in wenigstens einen der Ansaugkanäle (9) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Saugrohranordnung für einen Verbrennungsmotor, wie sie beispielsweise aus der EP 0 249 286 B1 bekannt ist. Dort wird beschrieben, wie zusätzlich zur Ansaugluft über Kanäle oberhalb der Einlassventile eine Gasströmung erzeugt werden kann, die den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verbessern soll. Eine dazu ähnliche Vorrichtung ist in der DE 3 033 679 A1 gezeigt.
  • Die EP 0 911 502 B1 zeigt das Vorsehen einer Verteilerleiste als Sammler für ein Verbrennungsgas-/Luft-Gemisch, das nachfolgend über Verteilerkanäle an Mündungen in den Ansaugkanälen des Verbrennungsmotors übermittelt wird. Dabei sind ein Neutralkanal und ein Tangentialkanal im Einlassbereich eines jeden Zylinders vorgesehen. Der Verteilerkanal mündet im Tangentialkanal eines jeden Zylinders.
  • Die EP 0 672 825 B1 zeigt ein kompliziert aufgebautes Saugrohrmodul, in dem eine Hauptdrosselklappe, eine Nebendrosselklappe, ein Vorluftsammler und ein Hauptluftverteiler mit einer Resonanzsteuerklappe vorgesehen sind. Zusätzlich ist ein Turbulenzluftsammler vorgesehen, über den zusätzliche Verbrennungsluft an Turbulenzkanäle geliefert wird, die in Mündungen im Bereich der Einlassventile eines jeden Zylinders enden.
  • Bei all diesen im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen kann der Wirkungsgrad des damit betriebenen Verbrennungsmotors weiter verbessert werden.
    •
  • Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der einen verbesserten Wirkungsgrad ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung sieht eine Saugrohranordnung für einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einem oder mehreren Zylindern vor, wobei die Saugrohranordnung eine Frischluftzuführung mit einer Hauptsammelkammer und mit wenigstens einer Drosselklappe zur Regulierung der Zufuhr von Frischluft zur Hauptsammelkammer aufweist. Je Zylinderbereich ist ein erster Ansaug- kanal und ein zweiter Ansaugkanal zur Zufuhr von Frischluft von der Hauptsammelkammer vorgesehen. Dabei ist für den zweiten Ansaugkanal eine Deaktivierungsklappe zur Regulierung der Durchströmung des zweiten Ansaugkanals mit Frischluft vorgesehen.
  • Eine Turbulenzsammelkammer hat einen Abgasanschluss zur Zufuhr von Abgas aus einem Auslassbereich des Verbrennungsmotors sowie je Zylinderbereich wenigstens einen Turbulenzkanal, wobei der Turbulenzkanal im Bereich oberhalb eines Ventilsitzes eines der Ansaugkanäle mündet. Dabei können auch je Zylinderbereich des Verbrennungsmotors zwei oder mehr Turbulenzkanäle vorgesehen sein, die sich zwischen der Turbulenzsammelkammer und dem zweiten Ansaugkanal erstrecken.
  • Mit der erfindungsgemäßen Kombination lässt sich ein Verbrennungsmotor mit sehr hohem Wirkungsgrad betreiben, denn durch eine entsprechende Ansteuerung der Drosselklappe, des Turbulenzkanals und der Deaktivierungsklappe für den zweiten Ansaugkanal ist es möglich, den Zylinderbereich entweder nur mit Abgas, nur mit Frischluft oder mit einem gewünschten Gemisch aus Abgas und Frischluft zu beaufschlagen.
  • Durch die Zuführung des Abgases über einen Turbulenzkanal, der im zweiten Ansaugkanal mündet, kann der Ort des Eintretens von Abgas sehr gezielt gewählt werden, wobei insbesondere dann, wenn der Eintritt von Abgas unabhängig vom Rest des eingebrachten Gemisches gewählt wird, die radiale Schichtung von Abgas und Gemisch im Zylinderbereich sehr vielbesser beeinflusst werden kann als im Stand der Technik bekannt ist. Dadurch ergibt sich eine hohe Restgasverträglichkeit des Verbrennungsmotors.
  • Mit dem Turbulenzkanal kann auch eine Ladungsbewegung des Zylinderbereichs beeinflusst werden, wobei besonders bei tangentialer Einströmung des Abgases in den Zylinderbereich vorteilhafte Schichtungen im Zylinderbereich entstehen können. Mit einer erfindungsgemäßen Gestaltung können auch die Ansaugkanäle für eine hohe Leistung und einen hohen Wirkungsgrad bei Volllast ausgebildet werden, da ein Teil der Ladungsbewegung über die Turbulenzkanäle erzeugt werden kann.
  • Wenn der Turbulenzkanal schräg in den Ansaugkanal mündet, wird eine besonders gezielte Ausrichtung des eingeleiteten Abgases erreicht. Dabei kann der Turbulenzkanal sowohl als Bohrung als auch mit umformenden Schritten hergestellt werden, wenn die Saugrohranordnung hergestellt wird. Besonders bei tangentialer Richtung zu einem Verbrennungsraum im Zylinder eintretenden Abgas können sich vorteilhafte Schichtungen ergeben.
  • Die EP 0 672 825 B1 kann zur Führung der Turbulenzkanäle Anregungen geben. Ebenso kann auf die EP 0 911 502 B1 sowie auf den darin genannten Stand der Technik Bezug genommen werden, was die Führung der beiden Ansaugkanäle im Hinblick auf Schichtungen in einem Verbrennungsraum des Zylinders angeht.
  • Erfindungsgemäß ist zwischen Hauptsammelkammer und Turbulenzsammelkammer eine Verbindung vorgesehen, über die Frischluft zur Turbulenzsammelkammer bzw. Verbrennungsgas zur Hauptsammelkammer übertreten kann. Im Zusammenhang mit den Klappen in der Saugrohranordnung gemäß der Erfindung kann dadurch eine besondere Mischung von Frischluft und Verbrennungsgas sowohl im Inneren der Ansaugkanäle als auch in den Turbulenzkanälen bereitgestellt werden, wenn zusätzlich die Kanaldurchmesser und Querschnitte so gewählt werden, dass sich eine vorbestimmte Durchströmung ergibt.
  • Die Erfindung ist auch in einem Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf und einer solchen Saugrohranordnung verwirklicht. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht den Betrieb derart vor, dass die Zufuhr von Frischluft zu den Ansaugkanälen, die Durchströmung der Ansaugkanäle mit Frischluft und die Durchströmung des Turbulenzkanals mit Abgas reguliert wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dies auf einfache Weise möglich. Dabei kann auch besonders einfach der Übertritt von Gasen zwischen Turbulenzkanal und Ansaugkanälen eingestellt werden.
    •
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von zwei Ausführungsbeispielen verdeutlicht.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors und
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen weiteren erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor.
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1, von dem in dieser Ansicht nur Teile einer Sauganordnung 2 und eines Zylinderkopfs 3 gezeigt sind. Dabei gliedert sich der Zylinderkopf in insgesamt drei Zylinderbereiche 4 in den je ein Verbrennungsraum bereitgestellt wird.
  • Die Sauganordnung 2 hat einen Frischluftzuführbereich 5, in dem eine Drosselklappe 6 vorgesehen ist. Weiterhin ist eine Hauptsammelkammer 7 vorgesehen, von der drei Ansaugbereiche 8 zu den Zylinderbereichen 4 abzweigen. Dabei teilt sich jeder Ansaugbereich 8 in einen ersten Ansaugkanal 9 und in einen zweiten Ansaugkanal 10 auf. Der erste Ansaugkanal 9 führt dabei zu einem ersten Einlassventilsitz 11 und der zweite Ansaugkanal 10 führt zu einem zweiten Einlassventilsitz 12. Der erste Ansaugkanal 9 wird von einer Deaktivierungsklappe 13 beaufschlagt, die in einem Abschnitt des Ansaugbereichs 8 vorgesehen ist, der nach der Aufgabelung im ersten Ansaugkanal 9 und zweiten Ansaugkanal 10 gelegen ist.
  • Daneben weist die Sauganordnung 2 noch eine Turbulenzsammelkammer 14 auf, die über eine mit einem Magnetventil 15 verschließbare Abgasrückführleitung 16 mit Abgas aus einem Bereich eines Auslassventils des Zylinderkopfs 3 versorgt wird. Das Auslassventil ist in dieser Ansicht der besseren Übersicht halber weggelassen. Von der Turbulenzsammelkammer 14 aus erstrecken sich in jedem Zylinderbereich je ein Turbulenzkanal 17, der in einem Bereich oberhalb des ersten Einlassventilsitzes 11 im ersten Ansaugkanal 9 mündet.
  • Die Turbulenzsammelkammer 14 und die Hauptsammelkammer 7 sind hier über einen Verbindungskanal 18 miteinander verbunden, in 2 ist die Ausführungsform ohne Verbindungskanal 18 gezeigt.
  • Der Verbrennungsmotor 1 wird im Betrieb so eingesetzt, dass mit dem über den ersten Ansaugkanal 9 angesaugten Verbrennungsgas eine zirkulare Strömung im Zylinderbereich 4 erzeugt wird. Das im zweiten Ansaugkanal 10 zum Zylinderbereich 4 geförderte Verbrennungsgas soll sich mehr in der Mitte des Zylinderbereichs 4 ansammeln, wo eine hier nicht gezeigte Zündkerze vorgesehen ist. Der Turbulenzkanal 17 ist so im ersten Ansaugkanal 9 angeordnet, dass die zirkulare Gasströmung entlang der zylindrischen Wand des Zylinderbereichs 4 in ihrem Drall unterstützt wird.
  • Mit Hilfe der Drosselklappe 6 und mit den Deaktivierungsklappen 13 sowie mit Hilfe des Magnetventils 15 können nun vielfältige Kombinationen von Frischluftströmen und Abgasströmen zu den Zylinderbereichen eingestellt werden. So ist es zum Beispiel möglich, bei einer bestimmten Stellung der Drosselklappe 6 und der Deaktivierungsklappen 13 den ersten Ansaugkanal 9 und den zweiten Ansaugkanal 10 ausschließlich mit Frischluft aus dem Frischluftzuführbereich 5 zu versorgen. Daneben strömt ein Frischluft-/Abgas-Gemisch durch die Turbulenzkanäle 17 in die Zylinderbereiche 4. Dies erfolgt deswegen, weil Frischluft über den Verbindungskanal 18 von der Hauptsammelkammer 7 in die Turbulenzsammelkammer 14 strömt. Das sich darin bildende Frischluft-/Abgas-Gemisch strömt über die Turbulenzkanäle 17 ab.
  • In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt eine Zufuhr von Abgas über den Verbindungskanal 18 zu der Hauptsammelkammer 7, wo es sich mit derjenigen Frischluft mischt, die über den Ansaugbereich 8 zu dem Zylinderbereich 4 strömt.
  • In noch einer Ausgestaltung erfolgt keine Strömung durch den Verbindungskanal 18, sondern vielmehr strömt durch die Turbulenzkanäle 17 ausschließlich Abgas und durch die Ansaugbereiche 8 ausschließlich Frischluft aus dem Frischluftzuführbereich 5. Diese letztgenannte Ausführungsform gestattet auch eine vereinfachte Ausbildung der erfindungsgemäßen Sauganordnung 2 gemäß 2, bei der der Verbindungskanal 18 weggelassen ist. Im Übrigen sind Teile, die mit der 1 übereinstimmen mit denselben Bezugsziffern versehen.
  • Mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Motoren kann eine Schichtung der Ladung der Zylinderbereiche 4 in der Art erreicht werden, dass im inneren Bereich des Zylinderbereichs 4 ein zündfähiges Gemisch vorliegt, während mit zunehmendem Radius zur Zylinderwand des Zylinderbereichs 4 hin eine steigende Abgaskonzentration erreicht wird. Hierdurch wird die Restgasverträglichkeit erhöht und es werden Wandwärmeverluste verringert, was zur Verbesserung des Wirkungsgrades führt.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Sauganordnung
    3
    Zylinderkopf
    4
    Zylinderbereich
    5
    Frischluftzuführbereich
    6
    Drosselklappe
    7
    Hauptsammelkammer
    8
    Ansaugbereich
    9
    Erster Ansaugkanal
    10
    Zweiter Ansaugkanal
    11
    Erster Einlassventilsitz
    12
    Zweiter Einlassventilsitz
    13
    Deaktivierungsklappe
    14
    Turbulenzsammelkammer
    15
    Magnetventil
    16
    Abgasrückführleitung
    17
    Turbulenzkanal
    18
    Verbindungskanal

Claims (7)

  1. Saugrohranordnung (2) für einen Zylinderkopf (3) eines Verbrennungsmotors (1) mit einem oder mehreren Zylinderbereichen (4), wobei die Saugrohranordnung (2) die folgenden Merkmale aufweist: – eine Frischluftzuführung (5) mit einer Hauptsammelkammer (7) und mit wenigstens einer Drosselklappe (6) zur Regulierung der Zufuhr von Frischluft zur Hauptsammelkammer (7), – je Zylinderbereich (4) einen ersten Ansaugkanal (9) und einen zweiten Ansaugkanal (10) zur Zufuhr von Frischluft zum Zylinderbereich (4), – eine Deaktivierungsklappe (13) für den zweiten Ansaugkanal (10) zur Regulierung der Durchströmung des zweiten Ansaugkanals (10) mit Frischluft, – eine Turbulenzsammelkammer (14), die einen Abgasanschluss (16) zur Zufuhr von Abgas aus einem Auslassbereich des Verbrennungsmotors sowie je Zylinderbereich. (4) wenigstens einen Turbulenzkanal (17) aufweist, der im Bereich des ersten Ansaugkanals (9) mündet.
  2. Saugrohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulenzkanal (17) schräg in den ersten Ansaugkanal (9) mündet.
  3. Saugrohranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hauptsammelkammer (7) und Turbulenzsammelkammer (14) eine Verbindung (18) zum Übertritt von Frischluft zur Turbulenzsammelkammer (14) bzw. zum Übertritt von Verbrennungsgas zur Hauptsammelkammer (7) vorgesehen ist.
  4. Verbrennungsmotor (1) mit einem Zylinderkopf (3) und mit einer am Zylinderkopf (3) vorgesehenen Saugrohranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  5. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 4.
  6. Verfahren zur Zufuhr eines Frischluft/Verbrennungsgas-Gemisches zu einem Zylinder eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) einen ersten Ansaugkanal (9), einen zweiten Ansaugkanal (10) und wenigstens einen im Bereich des ersten Ansaugkanals (9) mündenden Turbulenzkanals (17) zur Zufuhr von Abgas aus einem Auslassbereich des Verbrennungsmotors in den ersten Ansaugkanal (9) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Regulierung der gleichzeitigen Zufuhr von Frischluft zum ersten Ansaugkanal (9) und zum zweiten Ansaugkanal (10), – Regulierung der Durchströmung des zweiten Ansaugkanals (10) mit Frischluft, – Regulierung der Zufuhr von Abgas zum Turbulenzkanal (17).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierung der gleichzeitigen Zufuhr von Frischluft zum ersten Ansaugkanal (9) und zum zweiten Ansaugkanal (10), die Regulierung der Durchströmung des des zweiten Ansaugkanals (10) mit Frischluft und die Regulierung der Zufuhr von Abgas zum Turbulenzkanal (17) so erfolgt, dass ein Übertritt von Frischluft zum Turbulenzkanal (17) bzw. ein Übertritt von Verbrennungsgas zu den Ansaugkanälen (9, 10) erfolgt.
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