DE102007034516A1

DE102007034516A1 - Luftsauganlage einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007034516A1
Application number: DE102007034516A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rauner; Björn Müller; Rico Fischer; Erwin Rutschmann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: DE102007034516B4; KR20090010920A

Abstract

Die Erfindung schlägt eine Luftsauganlage (1) einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine vor. Die Anlage weist eine erste Sammelkammer (2) und eine zweite Sammelkammer (3), eine Zuleitung (4) zum Zuführen von Ansaugluft zur ersten Sammelkammer (2) sowie mehrere Schwingrohre (7) auf. Erste Bereiche (13) der Schwingrohre (7) sind mit der ersten Sammelkammer (2) verbunden und durch die zweite Sammelkammer (3) geführt, wobei sie in zweite Bereiche (14) der Schwingrohre (7) münden, die außerhalb der zweiten Sammelkammer (3) angeordnet und mit dieser verbunden sind. Die ersten Bereiche (13) der Schwingrohre (7) weisen innerhalb der zweiten Sammelkammer (3) angeordnete, verstellbare Abschnitte (8) auf, derart, dass in einer ersten Stellung der verstellbaren Abschnitte (8) der Schwingrohre (7) Ansaugluft unmittelbar durch die ersten (13) und zweiten (14) Bereiche der Schwingrohre (7) gesaugt wird und in einer zweiten Stellung der verstellbaren Abschnitte (8) der Schwingrohre (7) Ansaugluft in die zweite Sammelkammer (3) und von dieser in die zweiten Bereiche (14) der Schwingrohre (7) gesaugt wird. Ferner ist eine weitere Zuleitung (12) zum direkten Zuführen von Ansaugluft zur zweiten Sammelkammer (3) vorgesehen. Durch die weitere Zuleitung wird ein direkter Zugang zur zweiten Sammelkammer geschaffen, womit ein erhöhter Luftmassendurchsatz in der Leistungsstellung, somit der zweiten Stellung, der verstellbaren Abschnitte der Schwingrohre erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftsauganlage einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine.
Es sind Luftsauganlagen mehrzylindrischer Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen Schwingrohre Verwendung finden, durch die Ansaugluft in die Zylinder der Brennkraftmaschine gesaugt wird. Mittels der Schwingrohre lässt sich die Füllung der Zylinder im Wesentlichen durch die gasdynamischen Vorgänge in den Saugrohren beeinflussen. Durch diese Vorgänge lässt sich unter den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine gute Zylinderfüllung, somit ein recht hohes Drehmoment der Brennkraftmaschine erzielen, in relativ niedrigen und mittleren Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine. In einem höheren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, bei dem es auf eine hohe Leistung der Brennkraftmaschine ankommt, ist demgegenüber ein erhöhter Luftmassendurchsatz erforderlich und folglich die Luftzuführung durch die Schwingrohre nicht optimal.
In der DE 43 15 129 C2 ist ein Luftansaugsystem einer mehrzylindrischen, zweireihigen Brennkraftmaschine beschrieben. Die Zylinder einer Reihe sind jeweils an einen von zwei Resonanzbehältern angeschlossen. Zwischen den Resonanzbehältern ist ein Verbindungsrohr mit einem Frischlufteintritt vorgesehen. Schwingrohre verlaufen abschnittsweise innerhalb der Resonanzbehälter und weisen verstellbare Abschnitte auf, so dass in einer ersten Stellung der verstellbaren Abschnitte der Schwingrohre Ansaugluft unmittelbar durch die Schwingrohre in die Zylinder der Brennkraftmaschine gesaugt wird und in einer zweiten Stellung der verstellbaren Abschnitte der Schwingrohre über einen zwischen dem jeweiligen Schwingrohrende und der Kammerwand gebildeten Ringspalt Ansaugluft aus dem Resonanzbehälter gesaugt wird. Hierzu ist das Luftansaugsystem zusätzlich mit einem Zweikammer-Resonanzsystem versehen, das einen weiteren Frischlufteintritt aufweist und das mit den Resonanzbehältern verbunden ist. Es wird somit bei relativ niedrigen Drehzahlen, bei denen keine Ringspalte gebildet sind, ein hohes Drehmoment durch lange Schwingrohre und ein relativ kleines Gesamtvolumen des Luftansaugsystems erzielt. Angesaugte Frischluft gelangt auf Grund der Abkopplung der Resonanzbehälter ausschließlich über den Frischlufteintritt und die zugeschalteten Schwingrohre in die Zylinder der Brennkraftmaschine. Bei Erreichen eines höheren Drehzahlbereichs werden die Abschnitte der Schwingrohre verstellt. Angesaugte Frischluft gelangt nun bei Zwischenschaltung der Resonanzbehälter sowohl über die Schwingrohre als auch über das Zweikammer-Resonanzsystem in die Zylinder.
Eine Luftsauganlage einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine, bei der in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine lange und kurze Schwingrohre realisierbar sind, ist aus der DE 199 03 123 A1 bekannt.
Luftsauganlagen für mehrzylindrische Brennkraftmaschinen sind ferner in der DE 34 08 899 A1 , DE 34 24 433 A1 , DE 198 41 810 A1 , DE 199 15 819 A1 , DE 10 26 358 B4 und DE 10 2004 015 339 A1 beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftsauganlage einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine dahingehend zu verbessern, dass in der Leistungsstellung der Brennkraftmaschine ein besonders hoher Luftmassendurchsatz gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Luftsauganlage einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine, mit einer ersten Sammelkammer und einer zweiten Sammelkammer, einer Zuleitung zum Zuführen von Ansaugluft zur ersten Sammelkammer sowie mehreren Schwingrohren, wobei erste Bereiche der Schwingrohre mit der ersten Sammelkammer verbunden und durch die zweite Sammelkammer geführt sind sowie in die zweiten Bereiche der Schwingrohre münden, die außerhalb der zweiten Sammelkammer angeordnet und mit dieser verbunden sind, wobei die ersten Bereiche der Schwingrohre innerhalb der zweiten Sammelkammer angeordnete, verstellbare Abschnitte aufweisen, derart, dass in einer ersten Stellung der verstellbaren Abschnitte der Schwingrohre Ansaugluft unmittelbar durch die ersten und zweiten Bereiche der Schwingrohre gesaugt wird und in einer zweiten Stellung der verstellbaren Abschnitte der Schwingrohre Ansaugluft in die zweite Sammelkammer und von dieser in die zweiten Bereiche der Schwingrohre gesaugt wird, sowie mit einer weiteren Zuleitung zum direkten Zuführen von Ansaugluft zur weiteren Sammelkammer.
Bei der erfindungsgemäßen Luftsauganlage kommt der ersten Sammelkammer die Funktion einer Drehmoment-Sammelkammer, der zweiten Sammelkammer die Funktion einer Leistungs-Sammelkammer zu. Die beiden Bereiche der Schwingrohre saugen in der ersten Stellung der verstellbaren Abschnitte ausschließlich die Ansaugluft an, die dann unmittelbar den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Diese Schwingrohraufladung erfolgt insbesondere im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, unter dem Aspekt der Optimierung des Drehmoments. In der Leistungsstellung der Brennkraftmaschine hingegen, insbesondere im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, in der sich die verstellbaren Abschnitte der ersten Bereiche der Schwingrohre in deren zweiten Stellung befinden, können die zweiten Bereiche der Schwingrohre unmittelbar aus dem Gesamtvolumen der zweiten Sammelkammer saugen, wobei auf Grund der besonderen Gestaltung der Luftsauganlage mit der weiteren Zuleitung Ansaugluft nicht nur durch diese zweiten Bereiche der Schwingrohre in die zweite Sammelkammer, sondern zusätzlich direkt in die zweite Sammelkammer gelangt. Diese zusätzliche Ansaugluftmenge kann somit auf kurzem Weg in die zweite Sammelkammer gelangen.
Bei der erfindungsgemäßen Sauganlage können die Zylinder der Brennkraftmaschine in der Leistungsstellung der Brennkraftmaschine demnach Ansaugluft in ausreichender Menge aus der ersten Sammelkammer saugen.
Die Brennkraftmaschine weist insbesondere 6-Zylinder auf. Die Anzahl der Schwingrohre entspricht vorzugsweise der Anzahl der Zylinder, somit sind bei einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern auch sechs Schwingrohre vorgesehen. Es ist aber durchaus denkbar, die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine im Unterschied zur Anzahl der Schwingrohre zu wählen. So können bei einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine beispielsweise nur drei Schwingrohre vorgesehen sein. Ein Schwingrohr mündet in zwei Zylinder.
Grundsätzlich kann die Luftsauganlage so gestaltet sein, dass die Zuleitungen der ersten und zweiten Sammelkammer getrennt sind, insbesondere jeder Zuleitung ein eigener Luftfilter zugeordnet ist. Eine baulich vorteilhafte Gestaltung, die mit geringem Bau- und Steuerungsaufwand auskommt, sieht allerdings vor, dass die Zuleitung zur ersten Sammelkammer und die Zuleitung zur zweiten Sammelkammer stromaufwärts in eine gemeinsame Zuleitung münden. Über einen Luftfilter tritt Reinluft in diese gemeinsame Zuleitung ein.
Die Gestaltung der Zuleitungen zu den Sammelkammern sollte so gewählt werden, dass der Strömungsweg zur zweiten Sammelkammer kürzer ist als der Strömungsweg zur ersten Sammelkammer. Insbesondere sollte der Strömungsweg vom Luftfilter zur zweiten Sammelkammer kürzer sein als der Strömungsweg vom Luftfilter zur ersten Sammelkammer. Aufgrund dieses kurzen Strömungsweges ist eine kurze, direkte Verbindung zur zweiten Sammelkammer gegeben, mit minimalen Reibungsverlusten. Die Ansaugluft muss in der Leistungsstellung nicht vollständig durch die Schwingrohre geleitet werden.
Die Regelung der Ansaugluft zur Luftsauganlage erfolgt insbesondere mittels eines Durchflussreglers, der als mindestens eine Drosselklappe ausgebildet ist. Gemäß einer Variante ist vorgesehen, dass in die gemeinsame Zuleitung ein Durchflussregler, insbesondere eine Drosselklappe integriert ist. In diesem Fall lässt sich allerdings die Zuführung der Ansaugluft zu den einzelnen Sammelkammern nicht getrennt über den Durchflussregler regulieren. Gemäß einer anderen Variante ist deshalb vorgesehen, in die Zuleitung zur jeweiligen Sammelkammer einen Durchflussregler, insbesondere eine Drosselklappe zu integrieren. Die Durchflussregler sind somit stromabwärts der gemeinsamen Zuleitung angeordnet. Dies ermöglicht es, die Zuleitung der Saugluft zu den einzelnen Sammelkammern individuell zu regeln. In der Leistungsstellung ist der Durchflussregler zur zweiten Sammelkammer in einer Position, in der ein maximaler Durchströmquerschnitt vorhanden ist, während der Durchflussregler zur ersten Sammelkammer die diesem zugeordnete Zuleitung mehr oder weniger verschließt. Ansaugluft gelangt somit in der Leistungsstellung zumindest zu einem Großteil in die zweite Sammelkammer und von dort über die zweiten Bereiche der Schwingrohre zu den Zylindern.
Baulich ist die Luftsauganlage insbesondere derart konzipiert, dass die Zuleitungen zu den Sammelkammern, bezogen auf die Anordnung der Luftsauganlage, in einem vorne befindlichen Motorraum eines Personenkraftwagens, vor den Sammelräumen angeordnet sind. Der Luftfilter ist insbesondere, bezogen auf die Anordnung der Luftsauganlage in einem vorne befindlichen Motorraum eines PKW, seitlich einer Sammelkammer auf der der anderen Sammelkammer abgewandten Seite angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine optimale Nutzung des üblicherweise im Motorraum zur Verfügung stehenden Platzes für die Luftsauganlage.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und der Zeichnung selbst.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie eine Modifikation hierzu sind in der Zeichnung erläutert und in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine räumliche Ansicht der erfindungsgemäßen Luftsauganlage,
2 eine räumliche Ansicht der in 1 gezeigten Luftsauganlage, bei entfernten oberen Abschnitten der Sammelkammern,
3 eine Prinzipdarstellung von mit der Luftsauganlage zusammenwirkenden Komponenten,
4 eine Modifizierung der mit der Luftsauganlage zusammenwirkenden Komponenten.
Die im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 gezeigte Luftsauganlage 1 findet Verwendung bei einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern. Die Luftsauganlage 1 ist in einem vorne befindlichen Motorraum eines Personenkraftwagens angeordnet. Sie weist eine erste Sammelkammer 2 und eine zweite Sammelkammer 3 auf, die parallel zueinander und in Längsrichtung des Fahrzeuges angeordnet sind. Eine Zuleitung 4 dient dem Zuführen von Ansaugluft zur ersten Sammelkammer 2. In den 1 und 2 ist bezüglich dieser Zuleitung 4 nur ein Anschlussstutzen 5 veranschaulicht. Dieser Anschlussstutzen 5 dient der Aufnahme einer Drosselklappe 6 zum Regulieren der Ansaugluftzufuhr zur ersten Sammelkammer 2. Die Drosselklappe 6 ist in der 2 in der die Öffnung des Anschlussstutzens 5 freigebenden Position gezeigt. Der Anschlussstutzen 5 ist dem vorderen Ende des Motorraums zugewandt.
Die Luftsauganlage 1 weist sechs Schwingrohre 7 auf. Jedes Schwingrohr 7 ist durch einen ersten Bereich 13, der mit der ersten Sammelkammer 2 verbunden ist und abgedichtet in die zweite Sammelkammer 3 geführt ist sowie durch diese Sammelkammer 3 geführt ist, sowie durch einen zweiten Bereich 14 gebildet. Dieser zweite Bereich 14 des jeweiligen Schwingrohrs 7 ist außerhalb der zweiten Sammelkammer 3 angeordnet und mit dieser verbunden; er bildet vorzugsweise Bestandteil des Einlasskanals des Zylinders. Innerhalb der zweiten Sammelkammer 3 weisen die ersten Bereiche 13 in deren Längsrichtung verstellbare Abschnitte 8 auf. In einer ersten Stellung der verstellbaren Abschnitte 8, wie sie in der 2 veranschaulicht ist, wird Ansaugluft unmittelbar durch die ersten Bereiche 13 der Schwingrohre 7 in die zweiten Bereiche 14 der Schwingrohre und damit die Zylinder der Brennkraftmaschine gesaugt. In einer zweiten Stellung der verstellbaren Abschnitte 8, die nicht gezeigt ist, in der die verstellbaren Abschnitte 8 in Richtung der ersten Sammelkammer 2 verstellt sind und damit nicht mehr mit den zweiten Bereichen 14 verbunden sind, wird Ansaugluft über die dann verkürzten Schwingrohre 7, somit nur durch die zweiten Bereiche 14 in die Zylinder der Brennkraftmaschine gesaugt. Entsprechend der Anordnung des Anschlussstutzens 5 der ersten Sammelkammer 2 ist die zweite Sammelkammer 3 mit einem Anschlussstutzen 10 versehen. Dieser dient der Aufnahme einer Drosselklappe 11 zum Regulieren der Ansaugluftzufuhr zur zweiten Sammelkammer 3. Die Drosselklappe 11 ist in 2 in der die Öffnung des Anschlussstutzens 10 verschließenden Position gezeigt. Eine Zuleitung 12 dient dem Zuführen von Ansaugluft zum Anschlussstutzen 10.
Die jeweilige Sammelkammer 2 bzw. 3 ist als einteiliges Kunststoffteil ausgebildet.
Im Einzelnen weisen die erste Sammelkammer 2 und die zweite Sammelkammer 3 obere, deckelartige Abschnitte 9 auf. Nur aus Gründen besserer Verdeutlichung sind in der 2 die oberen Abschnitte 9 als separate Bauteile dargestellt.
Aufgrund der beschriebenen Gestaltung der Luftsauganlage 1 kommt der ersten Sammelkammer 2 die Funktion einer Drehmoment-Sammelkammer, der zweiten Sammelkammer 3 die Funktion einer Leistungs-Sammelkammer zu. Die Schwingrohre 7 saugen in der ersten Stellung der verstellbaren Abschnitte 8 ausschließlich die Ansaugluft an, die dann unmittelbar den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird. In der Leistungsstellung der Brennkraftmaschine hingegen, in der sich die verstellbaren Abschnitte 8 der Schwingrohre 7 in deren zweiten Stellung befinden, können die Zylinder über die zweiten Bereiche 14 der Schwingrohre 7 unmittelbar aus dem Gesamtvolumen der zweiten Sammelkammer 3 saugen, wobei auf Grund der besonderen Gestaltung der Luftsauganlage 1 mit der direkten Zuleitung 12 zur zweiten Sammelkammer 3 Ansaugluft nicht nur durch die ersten Bereiche 13 der Schwingrohre 7 in die zweite Sammelkammer 3 gelangt, sondern bei dann in Offenstellung befindlicher Drosselklappe 11 zusätzlich in diese Sammelkammer 3 gelangt. Bei recht groß bemessenem Querschnitt der Zuleitung 12 wird in der Leistungsstellung der Brennkraftmaschine die Saugluft unmittelbar, auf kurzem Weg, zu einem Teil in die zweite Sammelkammer 3 gesaugt.
3 zeigt in schematischer Darstellung die in den 1 und 2 im Detail veranschaulichte Luftsauganlage 1. Auf der der ersten Sammelkammer 2 abgewandten Seite der zweiten Sammelkammer 3 ist ein Luftfilter 19 angeordnet, in den Rohluft eintritt, die durch die diversen Pfeile 20 veranschaulicht ist. Ausgehend vom Luftfilter 19 ist eine Zuleitung 21 zu den Zuleitungen 4 und 12 geführt, die zu den Anschlussstutzen 5 bzw. 10 führen. Kurz hinter dem Luftfilter 19 ist innerhalb der Zuleitung 21 eine Messeinrichtung 22 angeordnet, die den durch die Zuleitung 21 gesaugten Luftmassenstrom ermittelt. Diese Messeinrichtung ist beispielsweise als Heißfilmmassenmesser ausgebildet.
Bei der Modifizierung nach 4 ist statt den beiden den Zuleitungen 4 und 12 zugeordneten Drosselklappen 6 und 11 im Bereich der Anschlussstutzen 5 und 10 nur eine Drosselklappe 23 vorgesehen, die der Zuleitung 21 zugeordnet ist und dem Öffnen und Schließen dieser Zuleitung 21 dient. Diese Drosselklappe 23 ist stromabwärts der Messeinrichtung angeordnet.

1: Luftsauganlage
2: erste Sammelkammer
3: zweite Sammelkammer
4: Zuleitung
5: Anschlussstutzen
6: Drosselklappe
7: Schwingrohr
8: verstellbarer Abschnitt
9: deckelartiger Abschnitt
10: Anschlussstutzen
11: Drosselklappe
12: Zuleitung
13: erster Bereich des Schwingrohrs
14: zweiter Bereich des Schwingrohrs
19: Luftfilter
20: Pfeil
21: Zuleitung
22: Messeinrichtung
23: Drosselklappe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4315129 C2 [0003]
- DE 19903123 A1 [0004]
- DE 3408899 A1 [0005]
- DE 3424433 A1 [0005]
- DE 19841810 A1 [0005]
- DE 19915819 A1 [0005]
- DE 1026358 B4 [0005]
- DE 102004015339 A1 [0005]

Claims

Luftsauganlage (1) einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine, mit einer ersten Sammelkammer (2) und einer zweiten Sammelkammer (3), einer Zuleitung (4) zum Zuführen von Ansaugluft zur ersten Sammelkammer (2) sowie mehreren Schwingrohren (7), wobei erste Bereiche (13) des Schwingrohrs (7) mit der ersten Sammelkammer (2) verbunden und durch die zweite Sammelkammer (3) geführt sind sowie in zweite Bereiche (14) der Schwingrohre (7) münden, die außerhalb der zweiten Sammelkammer (3) angeordnet und mit dieser verbunden sind, wobei die ersten Bereiche (13) der Schwingrohre (7) innerhalb der zweiten Sammelkammer (3) angeordnete, verstellbare Abschnitte (8) aufweisen, derart, dass in einer ersten Stellung der verstellbaren Abschnitte (8) der Schwingrohre (7) Ansaugluft unmittelbar durch die ersten (13) und zweiten (14) Bereiche der Schwingrohre (7) gesaugt wird und in einer zweiten Stellung der verstellbaren Abschnitte (8) der Schwingrohre (7) Ansaugluft in die zweite Sammelkammer (3) und von dieser in die zweiten Bereiche (14) der Schwingrohre (7) gesaugt wird, sowie mit einer weiteren Zuleitung (12) zum direkten Zuführen von Ansaugluft zur zweiten Sammelkammer (3).
Anlage nach Anspruch 1, wobei die Zuleitung (4) zur ersten Sammelkammer (2) und die Zuleitung (12) zur zweiten Sammelkammer (3) stromaufwärts in eine gemeinsame Zuleitung (21) münden.
Anlage nach Anspruch 2, wobei ein Luftfilter (19) mit der gemeinsamen Zuleitung (21) verbunden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strömungsweg der Saugluft zur zweiten Sammelkammer (3) kürzer ist als der Strömungsweg der Ansaugluft zur ersten Sammelkammer (2), insbesondere der Strömungsweg vom Luftfilter (19) zur zweiten Sammelkammer (3) kürzer ist als der Strömungsweg vom Luftfilter (19) zur ersten Sammelkammer (2).
Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in die gemeinsame Zuleitung (21) ein Luftmassenmesser (22) integriert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei in die gemeinsame Zuleitung (21) ein Durchflussregler, insbesondere eine Drosselklappe (23) integriert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei in die Zuleitung (4 bzw. 12) zur jeweiligen Sammelkammer (2 bzw. 3) ein Durchflussregler, insbesondere eine Drosselklappe (6 bzw. 11) integriert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zuleitungen (4, 12) zu den Sammelkammern (2, 3), bezogen auf die Anordnung der Luftsauganlage (1), in einem vorne befindlichen Motorraum eines PKW, vor den Sammelkammern (2, 3), angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Luftfilter (19), bezogen auf die Anordnung der Luftsauganlage (1), in einem vorne befindlichen Motorraum eines PKW, seitlich einer Sammelkammer (3) auf der der anderen Sammelkammer (2) abgewandten Seite angeordnet ist.