DE102006010475A1 - 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 Ansaugkanal und ein zweiter Ansaugkanal zur Zufuhr von Frischluft von der Hauptsammelkammer vorgesehen. Dabei ist für den ersten Ansaugkanal und für den zweiten Ansaugkanal eine gemeinsame Deaktivierungsklappe zur Regulierung der Zufuhr von Frischluft gleichzeitig zum ersten Ansaugkanal und zum zweiten Ansaugkanal vorgesehen. Unter Umgehung der Deaktivierungsklappe führt ein Frischluft-Turbulenzkanal von der Hauptsammelkammer zu einem der Ansaugkanäle.
  • Eine Turbulenzsammelkammer hat einen Abgasanschluss zur Zufuhr von Abgas aus einem Auslassbereich des Verbrennungsmotors sowie je Zylinderbereich wenigstens einen Abgas-Turbulenzkanal, wobei der Abgas-Turbulenzkanal im Bereich oberhalb eines Ventilsitzes eines der Ansaugkanäle mündet. Dabei können auch je Zylinderbereich des Verbrennungsmotors zwei oder mehr Abgas-Turbu lenzkanäle vorgesehen sein, die sich zwischen der Turbulenzsammelkammer und den Ansaugkanälen erstrecken. Die Abgas-Turbulenzkanäle münden vorzugsweise in demselben Ansaugkanal, in dem die Frischluft-Turbulenzkanäle münden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Kombination lässt sich ein Verbrennungsmotor mit sehr hohem Wirkungsgrad betreiben, denn durch eine entsprechende Ansteuerung der Kanalklappen und der Deaktivierungsklappe gleichzeitig für die beiden Ansaugkanäle 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 Abgas-Turbulenzkanal, der im 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 Zylinderbereichsehr viel besser beeinflusst werden kann als im Stand der Technik bekannt ist. Dadurch ergibt sich eine hohe Restgasverträglichkeit des Verbrennungsmotors. Eine entsprechende Wirkung wird durch den Frischluft-Turbulenzkanal erzielt.
  • Mit den Turbulenzkanälen kann auch eine Ladungsbewegung des Zylinderbereichs beeinflusst werden, wobei besonders bei tangentialer Einströmung des Abgases bzw. der Frischluft 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 die Turbulenzkanäle schräg in den Ansaugkanal münden, wird eine besonders gezielte Ausrichtung der eingeleiteten Gases 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.
  • 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 bzw. Frischluft 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.
  • 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 und der zweite Ansaugkanal 10 werden beide zusammen von einer Deaktivierungsklappe 13 beaufschlagt, die in einem Abschnitt des Ansaugbereichs 8 vorgesehen ist, der vor 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.
  • Weiterhin sind Frischluft-Turbulenzkanäle 18 vorgesehen, durch die Frischluft von der Turbulenzsammelkammer 14 in den ersten Ansaugkanal 9 geführt wird.
  • 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 Abgas-Turbulenzkanal 17 und der Frischluft-Turbulenzkanal 18 sind 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.
  • Dabei strömt durch die Turbulenzkanäle 17 ausschließlich Abgas und durch die Ansaugbereiche 8 ausschließlich Frischluft aus dem Frischluftzuführbereich 5: Zusätzlich strömt – je nach Stellung der Deaktivierungsklappe 13 – ein Frischluftstrom durch die Frischluft-Turbulenzkanäle 18.
  • 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
    Abgas-Turbulenzkanal
    18
    Frischluft-Turbulenzkanal

Claims (6)

  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 gemeinsame Deaktivierungsklappe (13) für den ersten Ansaugkanal (9) und den zweiten Ansaugkanal (10) zur Regulierung der Zufuhr von Frischluft zum ersten Ansaugkanal (9) und zum zweiten Ansaugkanal (10), – eine Turbulenzsammelkammer (14), die einen Abgasanschluss (16) zur Zufuhr von Abgas aus einem Auslassbe- reich des Verbrennungsmotors sowie je Zylinderbereich (4) wenigstens einen Abgas-Turbulenzkanal (17) aufweist, der im Bereich eines der Ansaugkanäle (9) mündet. – wenigstens einen Frischluft-Turbulenzkanal (18), der von der Hauptsammelkammer (7) ausgeht und im Bereich eines der Ansaugkanäle (9) mündet.
  2. Saugrohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas-Turbulenzkanal (17) und/oder der Frischluft-Turbulenzkanal (18) schräg in den Ansaugkanal (9) münden.
  3. Verbrennungsmotor (1) mit einem Zylinderkopf (3) und mit einer am Zylinderkopf (3) vorgesehenen Saugrohranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  4. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 3.
  5. 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 eines der Ansaugkanäle (9) mündenden Turbulenzkanals (17) zur Zufuhr von Abgas aus einem Auslassbereich des Verbrennungsmotors in wenigstens einen der Ansaugkanäle (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 ersten Ansaugkanals (9) und des zweiten Ansaugkanals (10) mit Frischluft, – Regulierung der Zufuhr von Abgas zum Turbulenzkanal (14), – gleichzeitige Zufuhr von Frischluft zu wenigstens einem der Ansaugkanäle (9, 10).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die derart, dass die Zufuhr von Frischluft zu wenigstens einem der Ansaugkanäle (9, 10) derart erfolgt, dass in einem Bereich nach den Ansaugkanälen (9, 10) eine zirkulare Strömung von Verbrennungsgas unterstützt wird.
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