DE102008061539A1

DE102008061539A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008061539A1
Application number: DE102008061539A
Authority: DE
Inventors: Erwin Rutschmann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-10
Also published as: CN201568132U; RU2415283C1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindergruppen und einer Luftansaugeinrichtung, wobei die Luftansaugeinrichtung aus mindestens einem Verteilermodul, mehreren Saugrohren gebildet ist, wobei der Luftansaugeinrichtung Verbrennungsluft über eine im Verteilermodul angeordnete Lufteintrittsöffnung zugeführt wird, wobei die Luftansaugeinrichtung aus mehreren übereinander positionierten Resonanzstufen gebildet ist, wobei jede Resonanzstufe ein Verteilerrohr und ein Saugrohr umfasst, und wobei mindestens ein Verteilerrohrabschnitt als Resonanzrohr ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindergruppen und einer Luftansaugeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen werden üblicherweise Luftansauganlagen verwendet, welche eine Schwing- oder Resonanzaufladung oder eine Kombination dieser beiden Aufladungen erzielen. In der Druckschrift DE 103 21 323 B3 ist eine Sauganlage für eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbankreihen beschrieben, denen jeweils ein Resonanzbehälter mit zu den Zylindern führenden Einzelrohren zugeordnet ist. Dabei sind die Resonanzbehälter miteinander über mit Schaltklappen versehenen Querkanälen verbunden. Eine Luftzufuhrleitung, die mit einem der Querkanäle verbunden ist, weist zwei Einzelrohre auf, die in einen gemeinsamen Einzelrohrabschnitt münden, in den eine Drosselklappe vorgesehen ist. Eine solche Sauganlage ist sehr aufwendig, erfordert innerhalb einer Brennkraftmaschine viel Bauraum und weist ein hohes Gewicht auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine eine Luftansaugeinrichtung bereitzustellen, mit der eine optimierte Luftansaugung erzielt werden kann und eine kompakte Bauweise aufweist. Diese wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Luftansaugeinrichtung aus mehreren übereinander positionierten Resonanzstufen gebildet ist, wobei jede Resonanzstufe ein Verteilerrohr und ein Saugrohr umfasst, und wobei mindestens ein Verteilerrohrabschnitt als Resonanzrohr ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen stapelweisen Anordnung von Resonanzstufen innerhalb einer Luftansaugeinrichtung liegt eine kompakte Bauweise vor, mit der eine optimierte Luftansaugung bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine erzielt werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Resonanzrohr von zwei Anfangsabschnitten einer Zwischenwand oder eines Saugrohrs begrenzt, wobei jeder Anfangsabschnitt jeweils einer Zylindergruppe zugeordnet ist. Hierdurch wird eine optimierte Luftansaugeinrichtung geschaffen, die sich insbesondere für Brennkraftmaschinen mit mehreren, insbesondere zwei Zylinderreihen bzw. Zylindergruppen eignet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lufteintrittsöffnung hinter den Resonanzstufen positioniert, wobei sich diese vorzugsweise über mehrere Resonanzrohre erstreckt und sich insbesondere mittig in der Resonanzstufe befindet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Lufteintrittsöffnung hinter den Resonanzstufen bzw. hinter einem Verteilermodul wird eine flexible Bauweise der Luftansaugeinrichtung ermöglicht, so dass diese, insbesondere in einem Motorraum eines V-Motors oder einer einer Brennkraftmaschine der Boxerbauart, leicht und zweckmäßig unterzubringen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Saugrohr einer unteren Resonanzstufe eine schaltbare Resonanzklappe vorgesehen. Durch die Anordnung der Resonanzklappe in einer unteren Resonanzstufe kann gezielt bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine eine zweckmäßigere Verbrennungsluftzufuhr zu den jeweiligen Brennräumen der Brennkraftmaschine vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die untere Resonanzstufe mit einer darüber positionierten Resonanzstufe über eine Durchtrittsöffnung verbunden, die in einem gemeinsamen Wandungsabschnitt im jeweiligen Verteiler- bzw. Resonanzrohr angeordnet ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Durchtrittsöffnung kann die Verbrennungsluft optimiert auf alle Resonanzstufen verteilt werden. Vorzugsweise ist die untere Resonanzstufe mit einem längeren Resonanzrohr als die darüber positionierte Resonanzstufe versehen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die untere Resonanzstufe ein Resonanzrohr mit einem größeren Querschnitt als der Resonanzrohrquerschnitt der darüber positionierten Resonanzstufe auf. Vorzugsweise ist die Luftansaugeinrichtung aus zwei oder drei Resonanzstufen gebildet. Hierdurch wird ein variabler Betrieb durch die erfindungsgemäße Bauweise für alle Betriebspunkte der Brennkraftmaschine ermöglicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in einem unteren Drehzahlbereich die schaltbare Resonanzklappe geöffnet, so dass alle Resonanzstufen mit Ansaugluft durchströmt werden. Demnach werden hohe Drehmomente in einem unteren Drehzahlbereich ermöglicht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in einem mittleren Drehzahlbereich die schaltbare Resonanzklappe geschlossen, so dass die oberste Resonanzstufe mit Ansaugluft durchströmt wird. Dadurch wird nur die oberste Stufe mit Ansaugluft durchströmt, so dass lange Ansaugstrecken vorliegen, welche in der obersten Resonanzstufe zu Resonanzschwingungen führen und somit eine optimierte Luftzufuhr bewirken.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in einem oberen Drehzahlbereich die schaltbare Resonanzklappe geöffnet, so dass alle Resonanzstufen mit Ansaugluft durchströmt werden. Hierdurch werden in der unteren Resonanzstufe Resonanzschwingungen hervorgerufen, welche eine Steigerung der Zylinderfüllung insbesondere bei hohen Lastpunkten der Brennkraftmaschine bewerkstelligen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit in zwei Reihen angeordneten Zylindern,
2 eine perspektivische Ansicht der Luftansaugeinrichtung der Brennkraftmaschine nach 1,
3 eine Schnittansicht der Luftansaugeinrichtung aus 2 gemäß einer ersten Ausführungsform,
4 eine perspektivische Schnittansicht der Luftansaugeinrichtung aus 2 gemäß der ersten Ausführungsform, und
5 eine Schnittansicht der Luftansaugeinrichtung aus 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 der Boxerbauart dargestellt, die zwei Zylinderreihen mit jeweils einem Zylinderkopf 2a bzw. 2b aufweist, wobei in jedem Zylinder ein nicht dargestellter Brennraum vorgesehen ist. Der Brennkraftmaschine 1 wird Verbrennungsluft durch eine Lufteintrittsöffnung 5 und dann durch eine Luftansaugeinrichtung 3 zugeführt. Die Luftansaugeinrichtung 3 umfasst mehrere Saugrohre 7 und ein Verteilermodul 4, das mit der Lufteintrittsöffnung 5 versehen ist. Gemäß 3 setzt sich die Luftansaugeinrichtung aus zwei übereinander angeordneten Resonanzstufen 6 und 8 zusammen. Jede Resonanzstufe 6 bzw. 8 erstreckt sich über die Luftansaugeinrichtung 3 und ist mit dem jeweiligen Zylinder über ein Saugrohr 7 verbunden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung weist jede Resonanzstufe 6 bzw. 8 ein Verteilerrohr und ein Saugrohr auf, wobei mindestens ein Verteilerrohrabschnitt als Resonanzrohr ausgebildet ist. Das Resonanzrohr ist dabei von zwei Anfangsabschnitten einer Zwischenwand begrenzt. Diese Zwischenwand 23 dient als eine Trennwand zwischen den Saugrohren 7, wobei diese je nach Resonanzstufe, vom Verteilermodul 4 aus gesehen, an einer unterschiedlichen Stelle beginnt. Gemäß 3 und 4 ist ein Anfangsabschnitt 21 einer unteren Resonanzstufe 6, vom Verteilermodul 4 aus gesehen, weiter entfernt als ein Anfangsabschnitt 20 bzw. 25 einer oberen Resonanzstufe 8 positioniert. Folglich weist die untere Resonanzstufe ein längeres Resonanzrohr 16 als die darüber positionierte Resonanzstufe 8 auf. Darüber hinaus weist das Resonanzrohr 16 der unteren Resonanzstufe 6 einen größeren Querschnitt als das Resonanzrohr 15 der oberen Resonanzstufe 8 auf.
Zur Steigerung der Resonanzschwingungen in den Resonanzstufen 6, 8 und 9 sind gemäß der vorliegenden Erfindung in einem gemeinsamen Wandungsabschnitt 22 zwischen den jeweiligen Resonanzrohren eine Durchtrittsöffnung 11 vorgesehen, die zu einer besseren Verbrennungsluftzufuhr in die jeweilige Resonanzstufe führt. Weiterhin führen in die Saugrohre 17, 18 und 19 zu einem gemeinsamen Sammelkanal 24, der mit dem jeweiligen Brennraum durch eine Zylinderkopfeintrittsöffnung 12 verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Luftansaugeinrichtung 3 für einen 6-Zylinder-Motor mit zwei Zylinderreihen nachfolgend erläutert. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Motoren der Boxerbauart, wobei eine Verwendung in einem V-Motor oder einem Reihenmotor mit zwei Zylindergruppen ebenfalls sehr vorteilhaft ist. Die erfindungsgemäße Luftansaugeinrichtung funktioniert dabei auf folgende Art und Weise. In einem unteren Drehzahlbereich, vorzugsweise zwischen 1500 und 3500 U/min sind die Schaltklappen 10 in der unteren Resonanzstufe 6 geöffnet, so dass sowohl die obere als auch die untere Resonanzstufe mit Ansaugluft durchströmt werden. Die Geometrien der Luftansaugeinrichtung 3 sind derart dimensioniert, dass bei einem solchen Betriebspunkt keine Resonanzeffekte in der oberen und in der unteren Resonanzstufe auftreten. Hierdurch wird eine maximale Entdrosselung bewerkstelligt, so dass eine optimierte Luftzufuhr zu den jeweiligen Zylindern erzielt werden kann.
In einem mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 1, vorzugsweise zwischen 3000 und 6000 U/min sind die Schaltklappen 10 in der unteren Resonanzstufe geschlossen. Somit wird nur die obere Resonanzstufe mit Ansaugluft durchströmt. Dadurch muss die Ansaugluft eine längere Strecke vor dem Eintritt in den Brennraum zurücklegen, so dass innerhalb der oberen Resonanzstufe Resonanzschwingungen auftreten. Hierdurch wird eine optimierte Luftzufuhr zu den jeweiligen Zylindern erzielt.
In einem oberen Drehzahlbereich, vorzugsweise zwischen 6000 und 8000 U/min werden die Schaltklappen 10 geöffnet, so dass die obere Resonanzstufe und die untere Resonanzstufe mit Ansaugluft durchströmt werden. Bei einem solchen Betriebspunkt ist die Luftansaugeinrichtung derart dimensioniert, dass sowohl in der oberen Resonanzstufe als auch in der unteren Resonanzstufe Resonanzschwingungen auftreten, wobei die Resonanzschwingungen in der unteren Resonanzstufe ausgeprägter sind. Somit wird die Zylinderfüllung bei jedem Betriebspunkt optimiert und eine höhere Leistung bei vermindertem Verbrauch erzielt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 5 weist die Luftansaugeinrichtung 3 drei Resonanzstufen auf, wobei die unteren Resonanzstufen mit Resonanzklappen 10 und 13 versehen sind. Die Schaltung der Resonanzklappen 10 und 13 erfolgt wie beim ersten Ausführungsbeispiel, wobei hier durch die zusätzliche Resonanzstufe eine weitere Steigerung der Resonanzschwingungen innerhalb der Luftansaugeinrichtung erzielt wird.
Die erfindungsgemäße Luftansaugeinrichtung 3 führt zu einer Verbesserung der strömungstechnischen und gasdynamischen Eigenschaften der Verbrennungsluftansaugung bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, wobei mit der vorgeschlagenen stapelweisen Anordnung der Resonanzstufen eine kompakte Bauweise vorliegt. Das Doppelresonanzsystem bzw. das dreifache Resonanzsystem gemäß der vorgeschlagenen Sandwich-Bauweise führt zu einer gesteigerten Zylinderfüllung der Brennkraftmaschine bei allen Betriebspunkten und vermindert somit den Brennstoffverbrauch.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10321323 B3 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit mindestens zwei Zylindergruppen (2, 2a) und einer Luftansaugeinrichtung (3), wobei die Luftansaugeinrichtung (3) aus mindestens einem Verteilermodul (4), mehreren Saugrohren (7) gebildet ist, wobei der Luftansaugeinrichtung (3) Verbrennungsluft über eine im Verteilermodul (4) angeordnete Lufteintrittsöffnung (5) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftansaugeinrichtung (3) aus mehreren übereinander positionierten Resonanzstufen (6, 8) gebildet ist, wobei jede Resonanzstufe (6, 8) ein Verteilerrohr und ein Saugrohr (18, 19) umfasst, und wobei mindestens ein Verteilerrohrabschnitt als Resonanzrohr (15, 16) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (15, 16) von zwei Anfangsabschnitten (20, 21, 25) einer Zwischenwand (23) begrenzt ist, wobei jeder Anfangsabschnitt (20, 21, 25) jeweils einer Zylindergruppe zugeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsöffnung (5) hinter den Resonanzstufen positioniert ist und sich über mehrere Resonanzrohre (15, 16) erstreckt.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Saugrohr (19) einer unteren Resonanzstufe (6) eine schaltbare Resonanzklappe (10) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Resonanzstufe (6) mit einer darüber positionierten Resonanzstufe (8) über eine Durchtrittsöffnung (11) verbunden ist, die in einem gemeinsamen Wandungsabschnitt (22) im jeweiligen Verteilerrohr (15, 16) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Resonanzstufe (6) mit einem längeren Resonanzrohr (16) als die darüber positionierte Resonanzstufe (8) versehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Resonanzstufe (6) ein Resonanzrohr (16) mit einem größeren Querschnitt (A) als der Resonanzrohrquerschnitt (B) der darüber positionierten Resonanzstufe (8) aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftansaugeinrichtung (3) aus zwei oder drei Resonanzstufen (6, 8, 9) gebildet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem unteren Drehzahlbereich die schaltbare Resonanzklappe (10) geöffnet ist, so dass alle Resonanzstufen (6, 8, 9) mit Ansaugluft durchströmt werden.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mittleren Drehzahlbereich die schaltbare Resonanzklappe (10) geschlossen ist, so dass die oberste Resonanzstufe (8) mit Ansaugluft durchströmt wird.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oberen Drehzahlbereich die schaltbare Resonanzklappe (10) geöffnet ist, so dass alle Resonanzstufen (6, 8, 9) mit Ansaugluft durchströmt werden.