DE102009061764B4

DE102009061764B4 - Ansaugtrakt mit einem Ansaugmodul und mit einem Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102009061764B4
Application number: DE102009061764.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Kuhn Thomas; Dr.-Ing. Betsch Jochen; Jochen Häfner; Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg Alexander von
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: DE102009061764A1; DE102009061764A9

Abstract

Ansaugtrakt (110) mit einem ein Sammelvolumen (112) aufweisendes Ansaugmodul (114) und mit einem Zylinderkopf (116) für eine einen ersten und zumindest einen zweiten, unmittelbar auf den ersten folgenden Zylinder aufweisende Verbrennungskraftmaschine, welcher zumindest zwei, jeweils einem Zylinder zugeordnete und innerhalb des Zylinderkopfes zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennt verlaufende und von dem Ansaugmodul (114) mit Luft versorgbare Einlasskanäle (117, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130) aufweist, wobei zumindest ein dem ersten Zylinder zugeordneter Einlasskanal (118, 122, 126) sowie zumindest ein dem zweiten Zylinder zugeordneter Einlasskanal (120, 124, 128) über ein gemeinsames, in das Ansaugmodul (114) mündendes Leitungsteil (132, 134, 136) des Ansaugmoduls (114) mit Luft versorgbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Längserstreckungsrichtung (138) des Zylinderkopfes (116) äußeren Einlasskanäle (117, 130) über ein gemeinsames, in das Ansaugmodul (114) mündendes Leitungsteil (140) des Ansaugmoduls (114) mit Luft versorgbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ansaugtrakt mit einem Ansaugmodul und mit einem Zylinderkopf der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Derartige Ansaugtrakte sind in zwei Varianten aus dem Serienmotorenbau hinlänglich bekannt, welche ein Sammelvolumen aufweisendes Ansaugmodul und einen Zylinderkopf umfassen. Dabei kann es sich beispielsweise ebenso um einen Zylinderkopf für eine vier unmittelbar aufeinander folgende Zylinder aufweisende Verbrennungskraftmaschine handeln, wobei der Zylinderkopf jeweils ein Brennraumdach für einen dieser Zylinder bildet. Zum einen werden dabei, insbesondere bei älteren Konstruktionen mit nur einem Einlassventil für jeden Zylinder, die Einlasskanäle zweier benachbarter Zylinder über ein gemeinsames Leitungsteil vom Sammelvolumen aus versorgt und erst im Zylinderkopf getrennt. Zum anderen werden den Zylindern bekanntermaßen Luft von dem Sammelvolumen des Ansaugmoduls derart zugeführt, dass das Ansaugmodul jeweils zwei einem gemeinsamen Zylinder zugeordnete Einlasskanäle separat mit Luft versorgt (1).
Diese beiden Teilströme werden erst unmittelbar vor dem Zylinder getrennt, wodurch stromaufwärts liegende Abschnitte der Einlasskanäle sowie Leitungsteile des Ansaugmoduls mit der gesamten Luftmenge dieses Zylinders beaufschlagt werden. Dieser große Durchsatz verursacht ebenso Druckverluste in diesen Abschnitten, woraus eine Verringerung der Zylinderfüllung resultiert, was ebenso mit einem unerwünscht hohen Kraftstoffverbrauch und/oder geringer Motorleistung einhergeht.
Des Weiteren ist der US 6 098 595 A1 ein Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern als bekannt zu entnehmen. Die DE 695 02 515 T2 offenbart einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Außerdem ist aus der DE 40 39 916 A1 ein Ansaug- und Gemischbildungssystem für mehrzylindrige, fremdgezündete Brennkraftmaschinen bekannt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ansaugtrakt der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass ein reduzierter Kraftstoffverbrauch und/oder gesteigerte Motorleistung realisiert ist. Diese Aufgabe wird durch einen Ansaugtrakt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft einen Ansaugtrakt mit einem ein Sammelvolumen aufweisendes Ansaugmodul und mit einem Zylinderkopf für eine einen ersten und zumindest einen zweiten, unmittelbar auf den ersten folgenden Zylinder aufweisende Verbrennungskraftmaschine, welcher zumindest zwei, jeweils einem Zylinder zugeordnete und innerhalb des Zylinderkopfes zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennt verlaufende und von dem Ansaugmodul mit Luft versorgbare Einlasskanäle aufweist, wobei nun vorgesehen ist, dass zumindest ein dem ersten Zylinder zugeordneter Einlasskanal sowie zumindest ein dem zweiten Zylinder zugeordneter Einlasskanal über ein gemeinsames, in das Ansaugmodul mündendes Leitungsteil des Ansaugmoduls mit Luft versorgbar sind.
Die Leitungsteile des Ansaugmoduls werden somit deutlich gleichmäßiger beaufschlagt, was mit einer Reduzierung der eingangs beschriebenen Verluste einhergeht. Dies ermöglicht eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, insbesondere bei hohen Lasten. Es ist sogar eine Steigerung der Motorleistung bei zumindest gleich bleibendem oder gar reduziertem Kraftstoffverbrauch möglich.
Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die in Längserstreckungsrichtung des Zylinderkopfes äußeren Einlasskanäle über jeweils ein separates, in das Ansaugmodul mündendes Leitungsteil des Ansaugmoduls mit Luft versorgbar sind. Ebenso möglich ist die Versorgung dieser Einlasskanäle über jeweils ein separates Leitungsteil des Ansaugmoduls.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnungen zeigen in:

1 eine schematische Darstellung eines Abgastrakts mit einem Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine sowie mit einem Abgaskrümmer gemäß dem Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Abgastrakts mit einem Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine sowie mit einem Abgaskrümmer,
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Abgastrakts gemäß 2,
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ansaugtrakts mit einem Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine sowie mit einem Ansaugmodul, und
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Ansaugtrakts.

Die 2 zeigt einen Abgastrakt 60 mit einem Abgaskrümmer 62 und mit einem Zylinderkopf 64 für eine vier unmittelbar aufeinander folgende Zylinder aufweisende Verbrennungskraftmaschine, wobei der Zylinderkopf 64 jeweils ein Brennraumdach 66, 68, 70 und 72 für jeweils einen zugeordneten Zylinder bildet. Abgas der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der jeweiligen Zylinder kann nun über die Brennraumdächer 66, 68, 70 und 72 sowie über Auslasskanäle 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86 und 88 des Zylinderkopfs 64 aus der Verbrennungskraftmaschine ausströmen.
Die jeweils einem Zylinder zugeordneten Auslasskanäle 74 und 76 beziehungsweise 78 und 80 beziehungsweise 82 und 84 beziehungsweise 86 und 88 sind dabei nicht nur innerhalb des Zylinderkopfes 64 sondern auch außerhalb des Zylinderkopfs 64 im Bereich des Abgaskrümmers beziehungsweise durch dessen Leitungsteile 90, 92, 94, 96 und 98 komplett fluidisch voneinander getrennt verlaufend ausgebildet. Der dem Brennraumdach 66 und damit dem entsprechenden ersten Zylinder zugeordnete Auslasskanal 76 ist nun mit dem dem Brennraumdach 68 beziehungsweise dem entsprechenden zweiten Zylinder zugeordneten Auslasskanal 78 zusammengeführt, wobei diese Zusammenführung bei dieser Ausführungsform des Abgastrakts 60 außerhalb des Zylinderkopfs 64 durch das Leitungsteil 92 des Abgaskrümmers 62 realisiert ist.
Gleiches gilt für den dem zweiten Zylinder zugeordneten Auslasskanal 80 und den dem Brennraumdach 70 und damit dem entsprechenden dritten Zylinder zugeordneten Auslasskanal 82 sowie für den dem dritten Zylinder zugeordneten Auslasskanal 84 und dem dem Brennraumdach 72 und damit dem entsprechenden vierten Zylinder zugeordneten Auslasskanal 86, die ebenso über Leitungsteile 94 beziehungsweise 96 zusammengeführt sind.
Dies führt zu einer gleichmäßigen Beaufschlagung der Leitungsteile 90, 92, 94, 96 und 98, was den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine senkt. Denn wie anhand des Brennraumdachs 70 beziehungsweise des dritten Zylinders zu erkennen ist, strömt dessen Abgas nun durch zwei Querschnitte C und D.
Stromab erfolgt durch eine entsprechende Verrohrung 100 eine einflutige Beaufschlagung des Turbinenrades 54 der im Abgastrakt 60 angeordneten Turbine 50 des Abgasturboladers 52. Die außen liegenden, also in Längserstreckungsrichtung des Zylinderkopfes 64 gemäß einem Richtungspfeil 102 äußeren Auslasskanäle 74 und 88 sind dabei nicht zusammengeführt und münden fluidisch voneinander getrennt verlaufend in den Abgaskrümmer 62. Ebenso möglich ist jedoch, dass auch diese Auslasskanäle 74 und 88 zusammengeführt sind.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abgastrakts 60, auf den das über den Abgastrakt 60 gemäß 2 gesagte analog zutrifft. Er unterscheidet sich jedoch hinsichtlich der Beaufschlagung des Turbinenrads 54, wonach nun eine zweiflutige Beaufschlagung über zwei Fluten 104 und 106 des Turbinenrads 54 vorgesehen ist. Wie der 3 zu entnehmen ist, erfolgt bei dem Abgastrakt 60 gemäß 3 eine Zusammenführung der Leitungsteile 92 und 96, die die Auslasskanäle 76 und 78 beziehungsweise 84 und 86 zusammenführen, sowie eine Zusammenführung der Leitungsteile 90, 98 und 94, wobei das Leitungsteil 94 die Auslasskanäle 80 und 82 zusammenführt. Diese Zusammenführung entspricht dabei der Zündfolge Zylinder 1 (Brennraumdach 66) - Zylinder 3 (Brennraumdach 70) - Zylinder 4 (Brennraumdach 72) - Zylinder 2 (Brennraumdach 68), was zu einer gleichen Aufteilung des Abgases auf die Fluten 104 und 106 führt.
Die 4 zeigt einen Ansaugtrakt 110 mit einem ein Sammelvolumen 112 aufweisendes Ansaugmodul 114 und mit einem Zylinderkopf 116, welcher beispielsweise abgasseitig die Form des Zylinderkopfes 64 gemäß den 2 und 3 aufweist. Von daher gilt für den Zylinderkopf 116 das zu dem Zylinderkopf 64 bezüglich dessen Brennraumdächer 66, 68, 70 und 72 gesagte analog.
Betrachtet wird nun allerdings die Saugseite des Zylinderkopfes 116, wobei die entsprechenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine über die korrespondierenden Brennraumdächer 66, 68, 70 und 72 sowie über innerhalb des Zylinderkopfes 116 fluidisch voneinander getrennt verlaufende und von dem Ansaugmodul 114 mit Luft versorgbare Einlasskanäle 117, 118, 120, 122, 124, 126, 128 und 130 aufweisen. Die unmittelbar aufeinander folgenden Einlasskanäle 118 und 120 der unmittelbar aufeinander folgenden Zylinder mit den Brennraumdächern 66 und 68 sind dabei über ein gemeinsames, in das Ansaugmodul 114 mündendes Leitungsteil 132 des Ansaugmoduls 114 mit Luft versorgbar.
Entsprechendes gilt für die Einlasskanäle 122 und 124 beziehungsweise die Einlasskanäle 126 und 128, die über ein Leitungsteil 134 beziehungsweise 136 des Ansaugmoduls 114 mit Luft versorgbar sind. Auch die außen liegenden, also die in Längserstreckungsrichtung gemäß einem Richtungspfeil 138 des Zylinderkopfes 116 außen liegenden Einlasskanäle 117 und 130 sind über ein gemeinsames Leitungsteil 140 mit Luft versorgbar, welche gemäß einem Richtungspfeil 142 in das Sammelvolumen 112 von der Verbrennungskraftmaschine angesaugt wird. Die Leitungsteile 132, 134, 136 und 140 werden dadurch gleichmäßiger beaufschlagt, was mit geringeren Verlusten und damit mit einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sowie der CO₂-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.
Die 5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Ansaugtrakts 110, bei welchem nun die Einlasskanäle 117 und 130 nicht über das gemeinsame Leitungsteil 140 mit Luft versorgbar sind, sondern über jeweils ein separates Leitungsteil 144 beziehungsweise 146, welche jeweils fluidisch voneinander getrennt und separat in das Ansaugmodul 114 mündend die Luft beziehen.

Claims

Ansaugtrakt (110) mit einem ein Sammelvolumen (112) aufweisendes Ansaugmodul (114) und mit einem Zylinderkopf (116) für eine einen ersten und zumindest einen zweiten, unmittelbar auf den ersten folgenden Zylinder aufweisende Verbrennungskraftmaschine, welcher zumindest zwei, jeweils einem Zylinder zugeordnete und innerhalb des Zylinderkopfes zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennt verlaufende und von dem Ansaugmodul (114) mit Luft versorgbare Einlasskanäle (117, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130) aufweist, wobei zumindest ein dem ersten Zylinder zugeordneter Einlasskanal (118, 122, 126) sowie zumindest ein dem zweiten Zylinder zugeordneter Einlasskanal (120, 124, 128) über ein gemeinsames, in das Ansaugmodul (114) mündendes Leitungsteil (132, 134, 136) des Ansaugmoduls (114) mit Luft versorgbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Längserstreckungsrichtung (138) des Zylinderkopfes (116) äußeren Einlasskanäle (117, 130) über ein gemeinsames, in das Ansaugmodul (114) mündendes Leitungsteil (140) des Ansaugmoduls (114) mit Luft versorgbar sind.
Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (110) nach Anspruch 1.