DE10237687B4

DE10237687B4 - Resonanz-Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10237687B4
Application number: DE10237687.5A
Authority: DE
Inventors: Stephan Wild
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2022-08-17
Also published as: DE10237687A1

Abstract

Resonanz-Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Resonanzrohr (6), das in eine Resonanzkammer (7) mündet, von der mindestens ein Saugrohr (8, 9, 10) zu mindestens einem Zylinder (2, 3, 4) der Brennkraftmaschine (1) geführt ist, und mit einer Drosselklappe (11) im Ansaugtrakt, die in das Resonanzrohr (6) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (6) längenverstellbar ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Resonanz-Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der Druckschrift DE 39 40 486 A1 wird ein derartiges Resonanz-Ansaugsystem beschrieben, bei dem den Zylindern der Brennkraftmaschine über Saugrohre Verbrennungsluft zuzuführen ist, denen im Ansaugtrakt eine Resonanzkammer sowie in die Resonanzkammer mündende Resonanzrohre vorgeschaltet sind. Durch die periodische Saugwirkung der Zylinder entsteht in den Resonanzrohren bei Übereinstimmung der Erregungsfrequenz mit der Eigenschwingungsfrequenz des Resonanzsystems eine Resonanz, wodurch Druckimpulse in der Gasschwingung erzeugt werden, die sich in Zylinder fortpflanzen, was einen Aufladeeffekt zur Folge hat. Die Leistung der Kraftmaschine kann hierdurch gesteigert werden.
Aus der DE 43 15 129 A1 ist ein Luftansaugsystem einer mehrzylindrigen zweireihigen Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Zylinder einer Reihe jeweils mit Saugrohren an einen von zwei Resonanzbehältern angeschlossen sind und mit mindestens einem Verbindungsrohr mit einem Frischlufteintritt zwischen den Resonanzbehältern, die ein Zweikammer-Resonanzsystem bilden und mit abschnittsweise innerhalb der Resonanzbehälter verlaufenden zu- und abschaltbaren Saugrohrverlängerungen. Die DE 40 32 380 A1 zeigt ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Resonanzsammelbehälter, in welchen mindestens zwei Resonanzrohre unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlichen Innenquerschnitts einmünden. Im kürzeren der beiden und/oder in demjenigen grösseren Innenquerschnitts ist ein erstes Ventilelement angeordnet, welches im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine geschlossen, ansonsten in einer Öffnungsstellung gehalten ist. In dem längeren der beiden Resonanzrohre und/oder in demjenigen kleineren Querschnitts ist ein zweites Ventilelement angeordnet, welches im mittleren und hohen Drehzahlbereich geschlossen und ansonsten in einer Öffnungsstellung gehalten ist.
Um den Resonanzeffekt auch bei unterschiedlichen, auf die Brennkraftmaschinendrehzahl zurückgehende Erregerfrequenzen nutzen zu können, kann die Resonanzfrequenz des Ansaugsystems durch eine Variation der wirksamen Länge des Resonanzrohres eingestellt werden, indem durch Betätigung eines Drehschiebers der Abstand der Ausströmöffnung von der Mündung des Kanals in die Resonanzkammer variabel eingestellt wird.
Problematisch ist jedoch der auf Grund der verhältnismäßig hohen Anzahl an Bauteilen des Resonanzsystems beanspruchte große Bauraum, der auf Grund der beengten Platzverhältnisse insbesondere bei kleinen Fahrzeugen nicht immer zur Verfügung steht. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass stromauf des Resonanzsystems am Einlass des Ansaugtraktes eine Drosselklappe und ein Luftfilter zur Regulierung und Reinigung des Ansaug-Massenstromes vorgesehen sein müssen, wodurch sich der benötigte Bauraum weiter vergrößert.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein klein bauendes Resonanz-Ansaugsystem zu schaffen. Zweckmäßig soll auch das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Resonanz-Ansaugsystem ist die Drosselklappe in das Resonanzrohr integriert, wodurch der Bauraumbedarf gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen deutlich reduziert ist, bei denen die Drosselklappe üblicherweise dem Resonanzrohr vorgelagert ist.
Auf Grund der Integration der Drosselklappe in das Resonanzrohr und des dadurch verkürzten Abstandes zwischen Drosselklappe und Zylindereinlass ist auch das sich in diesem Abschnitt ansammelnde Luftvolumen geringer und weist eine geringere Trägheit in Bezug auf die Zylinderansaugung auf. Die Brennkraftmaschine besitzt dadurch ein spontaneres Ansprechverhalten.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine Boost-Funktion realisiert werden kann, da Resonanzfrequenzen sich ungehindert und ohne Einschränkung nur bei vollständig geöffneter Drosselklappe ausbilden können, so dass sich nur unter Volllast eine vollständige Resonanz ausbildet und Druckwellen entstehen, die zur Erhöhung der Füllung des Brennraumes beitragen. Im Teillast- und Niedriglastbereich dagegen ist die Resonanz weniger stark ausgeprägt bzw. kommt gar nicht zustande, wodurch auch ein geringerer Füllungsgrad und eine ökonomischere Betriebsweise erreicht wird. Eine zusätzliche Funktion zur Einsparung von Kraftstoff besteht darin, im Teillastbereich eine Rohrlänge zu wählen, die die Aufladung verschlechtert und den Fahrer zwingt, die Drosselklappe weiter zu öffnen. Der Motor wird hierdurch entdrosselt.
Das erfindungsgemäße Resonanzansaugsystem eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Verwendung in einer 3-Zylinder-Brennkraftmaschine, bei der ein Resonanzrohr, in das eine Drosselklappe integriert ist, in eine Resonanzkammer mündet, von der aus drei Saugrohre zu den Zylindern der Brennkraftmaschine führen. Es ist auch eine vorteilhafte Anwendung in Brennkraftmaschinen mit einer Mehrzahl von drei Zylindern möglich, also in 6-Zylinder- bzw. 12-Zylinder-Brennkraftmaschinen, wobei bevorzugt jeweils drei Zylinder von einem gemeinsamen Resonanzrohr mit darin angeordneter Drosselklappe zu versorgen sind. Darüber hinaus kommen aber auch Anwendungen für Brennkraftmaschinen in Betracht, bei denen jeweils ein Resonanzrohr einschließlich Drosselklappe einen Zylinder, zwei Zylinder, vier Zylinder oder eine sonstige Zylinderanzahl versorgt.
Das bzw. die Resonanzrohr/e sind erfindungsgemäß längenverstellbar ausgebildet, wobei sowohl eine stufenlose Verstellbarkeit als auch eine Verstellbarkeit in diskreten Stufen in Betracht kommt. In letzterem Fall ist die Resonanzrohrlänge zwischen zwei oder mehreren vorgegebenen Schaltlängen zu verstellen. Die Verstellbarkeit ermöglicht die Ausbildung einer Resonanzschwingung bei unterschiedlichen Erregerschwingungen, das heißt bei unterschiedlichen Drehzahlen der Brennkraftmaschine.
Eine weitere Verkürzung der Baulänge des Resonanz-Ansaugsystems kann dadurch erreicht werden, dass in einen dem Resonanzrohr vorgelagerten Luftsammler ein Luftfilter integriert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung besteht das Resonanzrohr aus zwei Einzelrohren, von denen zumindest ein Einzelrohr veränderlich ausgeführt ist, also beispielsweise längenverstellbar ausgebildet ist und/oder einen veränderlichen Rohrquerschnitt aufweist, der entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich zwischen verschiedenen Querschnittsweiten einzustellen ist oder vollständig zu- bzw. abschaltbar ausgebildet ist. Auch das zweite Einzelrohr kann gegebenenfalls veränderlich ausgeführt sein.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der eine Brennkraftmaschine mit einem Resonanz-Ansaugsystem in schematischer Weise dargestellt ist.
Bei der in der Figur dargestellten Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um einen 3-Zylindermotor mit Zylindern 2, 3 und 4, der im Ansaugtrakt ein Resonanz-Ansaugsystem 5 besitzt, über das Resonanzschwingungen zu erzeugen sind, sofern bei bestimmten Motordrehzahlen eine Erregungsfrequenz generiert wird, die mit der Resonanzfrequenz des Resonanzsystems übereinstimmt. Das Resonanz-Ansaugsystem 5 umfasst ein Resonanzrohr 6 sowie eine Resonanzkammer 7, in welche das Resonanzrohr 6 einmündet und von der Saugrohre 8, 9 und 10 zu den Zylindern 2, 3 und 4 der Brennkraftmaschine 1 abzweigen. Die Länge des Resonanzrohres 6 kann veränderlich eingestellt werden, was mit der Pfeilrichtung 16 angedeutet ist. In das Resonanzrohr 6 ist eine Drosselklappe 11 integriert, die sich zweckmäßig innerhalb der Rohrwandung des Resonanzrohres 6 befindet, gegebenenfalls aber auch von der Rohrwandung abgesetzt sein kann.
Das Resonanzrohr 6 kann zweiteilig (oder mehrteilig) aufgebaut sein und zwei (oder mehrere) Einzelrohre umfassen, wobei das erste Einzelrohr wie dargestellt die Drosselklappe 11 enthält und ein zweites Einzelrohr 14 parallel zum ersten Einzelrohr angeordnet und insbesondere über ein separat ansteuerbares Sperrglied 15 abzusperren ist. Das Sperrglied 15 ist zwischen einer den Rohrquerschnitt des Einzelrohres 14 vollständig verschließenden und einen den Rohrquerschnitt vollständig freigebenden Position zu verstellen. Gegebenenfalls kann zusätzlich oder alternativ zum Sperrglied 14 die Rohrlänge des Einzelrohres 14 auch veränderlich einstellbar sein. Gegebenenfalls könnte das Sperrglied auch stufenlos regelbar sein.
Dem Resonanzrohr 6 ist ein Luftsammler 12 vorgelagert, in welchen zweckmäßig ein Luftfilter 13 integriert ist. Auf diese Weise kann eine sehr kompakte Bauform erreicht werden. Das Resonanzrohr kann gegebenenfalls auch im Volumen des Luftfilters integriert sein.

Claims

Resonanz-Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Resonanzrohr (6), das in eine Resonanzkammer (7) mündet, von der mindestens ein Saugrohr (8, 9, 10) zu mindestens einem Zylinder (2, 3, 4) der Brennkraftmaschine (1) geführt ist, und mit einer Drosselklappe (11) im Ansaugtrakt, die in das Resonanzrohr (6) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (6) längenverstellbar ausgebildet ist.
Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (6) stufenlos längenverstellbar ausgebildet ist.
Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (6) in diskreten Stufen längenverstellbar ausgebildet ist.
Resonanz-Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Resonanzrohr (6) ein Luftsammler (12) vorgelagert ist.
Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Luftsammler (12) ein Luftfilter (13) integriert ist.
Resonanz-Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (6) aus zwei Einzelrohren besteht, wobei zumindest ein Einzelrohr veränderlich ausgeführt ist.
Resonanz-Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (6) in den Luftfilter (13) integriert ist.
Verwendung eines Resonanz-Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Drei-Zylinder-Brennkraftmaschine.