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Die
Erfindung betrifft eine Sauganlage zur Verbrennungsluftversorgung
einer Brennkraftmaschine mit einem Hauptsammler, an dem wenigstens zwei
Paare von Resonanzrohren angeschlossen sind, welche in einen Luftsammler
münden,
von welchem zylinderindividuelle Einlaßleitungen in einen Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine führen,
wobei jedes Paar der Resonanzrohre ein langes und ein kurzes Resonanzrohr
aufweist und der Luftsammler von einem Trennelement wahlweise in
wenigstens zwei Resonanzbehälter
teilbar ist, wobei in jeden Resonanzbehälter jeweils ein langes und
ein kurzes Resonanzrohr der wenigstens zwei Paare von Resonanzrohren
mündet,
wobei ferner zum wahlweise Öffnen
oder schließen
der kurzen Resonanzrohre an hauptsammlerseitigen Enden dieser jeweils
erste Schaltelemente vorgesehen sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern einer
derartigen Sauganlage gemäße dem Oberbegriff
des Anspruchs 8. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Steuern einer Sauganlage zur Verbrennungsluftversorgung einer
Brennkraftmaschine mit einem Hauptsammler, an dem wenigstens zwei
Resonanzrohre angeschlossen sind, welche in einen Luftsammler münden, von
welchem zylinderindividuelle Einlaßleitungen in einen Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine führen,
wobei wenigstens ein langes und ein kurzes Resonanzrohr vorgesehen
ist, wobei jeweils ein langes und ein kurzes Resonanzrohr in einen
einen jeweiligen Resonanzbehälter
bildenden vorbestimmten Abschnitt des Luftsammlers münden, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 9.
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Die
EP 0 490 104 A1 offenbart
ein Verfahren zur Steuerung der Luftzufuhr bei einer Brennkraftmaschine,
bei welchem unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes für eine Drehzahl
der Brennkraftmaschine die Luft über
mindestens zwei lange Resonanzsaugrohre angesaugt wird, von denen
jedes in je eines von zwei über
ein Trennelement voneinander getrennten Teilsammelvolumen eines
Resonanzsammelbehälters
einmündet.
Oberhalb einer vorbe stimmten Grenzdrehzahl werden die beiden Teilsammelvolumina
durch Öffnen
des Trennelementes miteinander verbunden. Um einen erhöhten Drehmomentverlauf
nicht nur im niederen und mittleren Drehzahlbereich sondern auch
im hohen Drehzahlbereich erzielen zu können, wird gleichzeitig mit
dem Öffnen des
Trennelementes der Querschnitt eines kurzen, die Ansaugleitung mit
dem Resonanzsammelbehälter
verbindenden Saugrohres freigegeben. Bei diesem System ist jedoch
eine Variation der Resonanzfrequenz in mittleren und niedrigen Drehzahlbereich nicht
möglich,
so dass die Ausgestaltung der Resonanzrohre für diesen Bereich immer ein
Kompromiss bleibt und nicht optimal angepasst werden kann.
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Aus
DE 35 44 122 A1 ist
eine Ansauganlage für
eine Brennkraftmaschine mit einem Hauptsammler und einem Luftsammler
bekannt, wobei zwischen diesen wenigstens zwei Paare von Resonanzrohren unterschiedlicher
Länge angeordnet
sind. Von diesem Luftsammler ausgehend führen zylinderindividuelle Einlassleitungen
in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. Zum wahlweisen Öffnen oder
Schließen
der kurzen Resonanzrohre ist am luftsammlerseitigen Ende dieser
Resonanzrohre eine Drehklappe angeordnet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
in diesem Dokument sind lediglich zwei identische Resonanzrohre
zwischen Hauptsammler und Luftsammler angeordnet und dieser ist
mittels eines in ihm angeordneten Trennelementes wahlweise in wenigstens
zwei Resonanzbehälter
teilbar.
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Aus
JP 61197713 A1 ist
eine Ansauganlage mit einem in mehrere Teilvolumina geteilten Ansaugbehälter bekannt,
wobei in diesen Teilvolumina voneinander trennende Wände mit
hülsenförmigen Rohrabschnitten
eingesetzt sind, welche um einen bestimmten Betrag ihrer Länge in jeweils
eine der benachbarten Kammern hineinragen.
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Aus
der
DE 40 32 380 C2 ist
ein Ansaugsystem für
eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei zwischen einem Hauptsammler
und einem Resonanzsammelbehälter
zwei lange und zwei kurze Resonanzrohre angeordnet sind. Jedem Resonanzrohr
ist an einem von dem Resonanzsammelbehälter abgewandten Ende eine
Klappe zugeordnet, mittels derer wahlweise entweder die langen oder
die kurzen Resonanzrohre in den Ansaugweg der Verbrennungsluft schaltbar
sind, so dass entsprechend unterschiedliche Resonanzfrequenzen für unterschiedliche
Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehen. Ferner werden
mittels eines einzigen Stellantriebs alle zum wahlweise öffnen und schließen der
Resonanzrohre vorgesehenen Klappen betätigt. Zusätzlich ist im Resonanzsammelbehälter ein
drehbares Absperrelement vorgesehen, welches wahlweise den Resonanzsammelbehälter in zwei
Resonanzbehälter
unterteilt. Für
hohe Drehzahlen wird dabei dieses Absperrelement geöffnet, wodurch
der Liefergrad in einem höheren
Drehzahlbereich verbessert ist. Bei diesem System werden jedoch
lediglich wahlweise kurze oder lange Resonanzrohre in den Ansaugweg
der Verbrennungsluft geschaltet, so dass in jedem Zustand wenigstens
ein Teil der vorgesehenen Resonanzrohre wirkungslos verschlossen
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine verbesserte
Sauganlage und ein verbessertes Verfahren der o. g. Art zur Verfügung zu
stellen, welches die Verbrennungsluftversorgung verbessert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Sauganlage der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen,
durch ein Verfahren zum Steuern dieser Sauganlage der o.g. Art mit
den in Anspruch 9 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren
der o.g. Art mit den in Anspruch 10 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Dazu
ist es bei einer Sauganlage erfindungsgemäß vorgesehen, daß die langen
Resonanzrohre um eine vorbestimmte Länge mit ihre Seitenwandung in
den Hauptsammler hinein ragen und in dieser in den Hauptsammler
hinein ragenden Seitenwandung in einem vorbestimmten Abstand von
einem hauptsammlerseitigen Ende der langen Resonanzrohre jeweils
zweite Schaltelemente vorgesehen sind, welche die jeweils in den
Hauptsammler hinein ragende Seitenwandung in einem vorbestimmten
Abschnitt wahlweise öffnen
oder schließen.
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Bei
einem Verfahren zum Steuern einer derartigen Sauganlage ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
daß in
einem ersten vorbestimmten niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine
die ersten und zweiten Schaltelemente und das Trennelement geschlossen
werden, in einem zweiten vorbestimmten mittleren Drehzahlbereich
der Brennkraftmaschine die ersten und zweiten Schaltelemente geöffnet werden
und das Trennelement geschlossen bleibt und in einem dritten vorbestimmten
hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine die ersten und zweiten
Schaltelemente und das Trennelement geöffnet werden.
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Bei
einem Verfahren zum Steuern einer Sauganlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
9 ist es erfindungsgemäß vorgesehen
daß in
einem ersten niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine die
kurzen Resonanzrohre geschlossen, die langen Resonanzrohre geöffnet und
die jeweiligen Resonanzbehälter
voneinander getrennt werden, in einem zweiten mittleren Drehzahlbereich
der Brennkraftmaschine die kurzen Resonanzrohre geöffnet, die
langen Resonanzrohre in ihrer effektiven Strömungslänge für die Verbrennungsluft verkürzt und die
jeweiligen Resonanzbehälter
voneinander getrennt werden und in einem dritten hohen Drehzahlbereich
der Brennkraftmaschine die kurzen Resonanzrohre geöffnet, die
langen Resonanzrohre in ihrer effektiven Strömungslänge für die Verbrennungsluft verkürzt und
die jeweiligen Resonanzbehälter miteinander
verbunden werden.
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Dies
hat den Vorteil, daß die
langen Resonanzrohre in ihrer Länge
variabel schaltbar sind, weil die zweiten Schaltelemente an einer
vom hauptsammlerseitigen Ende der langen Resonanzrohre beabstandeten
Stelle einen Lufteintritt in die langen Resonanzrohre zulassen,
so daß der
Abstand vom Lufteinlaß der
langen Resonanzrohre zu einer Mündung
in den Luftsammler und somit die effektive Länge der langen Resonanzrohre
bei offenen zweiten Schaltelementen verkürzt ist. Somit müssen für einen Betriebszustand,
in dem nur kurze Resonanzrohre benötigt werden, die langen Resonanzrohre
nicht einfach nutzlos abgeschal tet werden sondern liefern statt
dessen weiterhin durch effektive Verkürzung deren Länge mittels
der zweiten Schaltelemente einen wirksamen Beitrag zur Verbrennungsluftversorgung.
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Dadurch,
daß die
langen Resonanzrohre einen größeren Durchmesser
aufweisen als die kurzen Resonanzrohre sind die Resonanzrohre auch
in ihrem wirksamen Durchmesser variabel schaltbar.
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Eine
besonders einfache Anordnung mit einfacher Steuerbarkeit ergibt
sich dadurch, daß die
ersten und zweiten Schaltelemente auf einer gemeinsamen Welle angeordnet
und mittels dieser gemeinsam betätigbar
sind.
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Für eine einfache
Steuerung betriebsgerechter Zustände
sind die ersten und zweiten Schaltelemente auf der gemeinsamen Welle
derart angeordnet, daß bei
Betätigung
der Welle entweder alle Schaltelemente geöffnet oder geschlossen sind.
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Zum
Erzeugen jeweiliger unterschiedlicher Resonanzen in der Sauganlage
sind die zylinderindividuelle Einlaßkanäle in vorbestimmter Weise auf
die beiden Resonanzbehälter
des Luftsammlers aufgeteilt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
mündet
dabei eine vorbestimmte Zahl von zylinderindividuellen Einlaßkanälen in einen
Resonanzbehälter
und münden
entsprechende andere zylinderindividuelle Einlaßkanäle in den entsprechenden anderen
Resonanzbehälter.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die vorbestimmte Zahl
die Hälfte
der Gesamtzahl der zylinderindividuellen Einlaßkanäle ist.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen,
sowie aus der nachstehenden beispielhaften Beschreibung der Erfindung
anhand der beigefügten
Zeichnungen. Diese zeigen in
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sauganlage
in Schnittansicht
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2 in
Seitenansicht,
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3 in
einem Längsschnitt
entlang Linie A-A von 1,
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4 in
einem Längsschnitt
entlang Linie B-B von 1 und
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5A bis 5C verschiedene
Betriebszustände
der bevorzugten Ausführungsform
von 1 in Schnittansichten analog 3 und 4.
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Die
in 1 bis 4 dargestellte bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sauganlage
umfaßt
einen Hauptsammler 10 und einen Luftsammler 12,
von dem zylinderindividuelle Einlaßkanäle 14 in einen Zylinderkopf 16 einer
ansonsten nicht dargestellten Brennkraftmaschine verlaufen. Zwischen
dem Hauptsammler 10 und dem Luftsammler 12 sind
diese verbindende kurze Resonanzrohre 18 und lange Resonanzrohre 20 angeordnet. Die
langen Resonanzrohre 20 haben einen größeren Querschnitt bzw. Strömungsquerschnitt
als die kurzen Resonanzrohre 18.
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An
einem hauptsammlerseitigen Ende der kurzen Resonanzrohre 18 sind
erste Schaltelemente in Form von ersten Schaltklappen 22 angeordnet, welche
die kurzen Resonanzrohre wahlweise öffnen oder verschließen. Die
langen Resonanzrohre 20 ragen mit einer Seitenwandung 24 in
einen Innenraum 26 des Hauptsammlers 10 hinein.
In dieser Seitenwandung 26 der langen Resonanzrohre 20 sind
jeweils zweite Schaltelemente in Form von zweiten Schaltklappen 28 angeordnet.
Diese zweiten Schaltklappen 28 öffnen oder schließen wahlweise
einen vorbestimmten Abschnitt der Seitenwandung 26 innerhalb
der Innenraumes 26 des Hauptsammlers 10. Bei geöffneten
zweiten Schaltklappen 28 strömt daher die angesaugte Verbennungsluft
nicht über
das hauptsammlerseitige Ende 30 der langen Resonanzrohre
in diese, sondern über
die von den zweiten Schaltklappen 28 geöffneten Seitenwandungen 26. Wie
unmittelbar ersichtlich, ergibt sich dadurch ein verkürzter Strömungsweg
der angesaugten Verbrennungsluft durch die langen Resonanzrohre 20,
so daß diese
bei geöffneten
zweiten Schaltklappen 28 eine verkürzte effektive Länge aufweisen,
welche beispielsweise im wesentlichen der Länge der kurzen Resonanzrohre 18 entspricht.
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In
den 3 und 4 sind die ersten und zweiten
Schaltklappen 22 und 28 in geschlossenem Zustand
dargestellt. Die ersten und zweiten Schaltklappen 22 und 28 sind
auf einer gemeinsamen Welle 32 derart angeordnet, daß sie gemeinsam
bei drehen der Welle 32 betätigt bzw. verkippt werden.
Dabei werden die ersten und zweiten Schaltklappen 22 und 28 gemeinsam
geöffnet
oder geschlossen. Mit anderen Worten ist die Anordnung der ersten
und zweiten Schaltklappen 22 und 28 derart getroffen, daß die angesaugte
Luft bei geschlossenen ersten und zweiten Schaltklappen 22 und 28 nur
durch die langen Resonanzrohre 20 strömt und die zweiten Schaltklappen 28 einen
teil der Seitenwandung 26 bilden oder nach Drehung der
Welle 32 und somit gemeinsamer Verkippung aller ersten
und zweiten Schaltklappen 22 und 28 in einen geöffneten
Zustand die angesaugte Verbrennungsluft über die kurzen Resonanzrohre 18 und
die verkürzten
langen Resonanzrohre 20 strömt.
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Die
ersten und zweiten Schaltklappen 22 und 28 sind
auf der Welle 32 mittels einer nichtgezeigten Rutschkupplung
derart angeordnet, daß in
geöffneter Stellung,
vgl. 5b und 5c, die
beiden Klappen nahezu oder vollständig parallel zueinander in
einer Ebene liegen. Bei dem Umschaltvorgang in den Zustand gemäß 3 und 4 kommt
zunächst
die jeweils zweite Schaltklappe 28 an nichtgezeigten Anschlägen in ihrer
vorbestimmten Position zum Stillstand, während die ersten Schaltklappen 22 um
einen bestimmten Differenzwinkel weiter bis in ihre endgültige Stellung
verschwenkt werden. In umgekehrter Reihenfolge, d. h. beim Übergang
beispielsweise von dem Zustand gemäß 3 in den
Zustand gemäß 5b verschwenken
zunächst
die ersten Schaltklappen 22 in Richtung ihrer Offenstellung
bis sie etwa parallel und in einer gemeinsamen Ebene mit den zweiten
Schaltklappen 28 liegen bevor diese dann mit verschwenkt
werden.
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Der
Luftsammler ist mittels einem Trennelement in Form einer Trennklappe 34 wahlweise
in zwei Resonanzbehälter 36 und 38 teilbar.
Dabei ist die Anordnung der Resonanzrohre 18 und 20 derart
getroffen, daß in
einen Resonanzbehälter 36, 38 jeweils
ein kurzes und ein langes Resonanzrohr 18 und 20 münden. Die
geschlossene Trennklappe 34 trennt dabei den Luftstrom
der angesaugten Verbrennungsluft wahlweise in zwei separate Luftströme, welche
je nach Stellung der ersten und zweiten Schaltklappen 22, 28 durch
je ein langes Resonanzrohr 20 oder je ein kurzes Resonanzrohr 18 und
ein verkürztes
langes Resonanzrohr strömen.
Bei offener Trennklappe 34 sind die beiden Resonanzbehälter 36 und 38 miteinander
verbunden, so daß im
Luftsammler eine Querströmung
möglich
ist und im wesentlichen eine Resonanzwirkung der Resonanzrohre 18 und 20 aufgehoben
ist.
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Je
nach Typ und Zylinderzahl der Brennkraftmaschine kann nur ein Resonanzbehälter 36 oder können auch
drei, vier oder mehr Resonanzbehälter 36, 38 vorgesehen
sein, welche dann durch jeweilige Trennklappen 34 wahlweise
miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind. Ferner ist
die Länge und
der Durchmesser der Resonanzrohre 18 und 20 ebenfalls
entsprechend dem Typ und der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine
gewählt.
In der vorliegend beispielhaft dargestellten Ausführungsform weisen
die kurzen Resonanzrohre 18 eine Länge auf, welche im wesentlichen
ca. 2/3 der Längen
der langen Resonanzrohre 20 entspricht.
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Nachfolgend
wird ein erfindungsgemäßes Steuerungsverfahren
für eine
derartige Sauganlage beispielhaft unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C beschrieben.
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Bei
dieser Sauganlage handelt es sich um ein kombiniertes Schwingrohr-Resonanzsystem,
bei dem die Resonanzrohre 18, 20 in der Länge und
im wirksamen Durchmesser schaltbar sind. Die Sauganlage ist wegen
der Resonanzaufladung für
Motoren mit drei Zylindern oder einem ganzzahligen Vielfachen davon
geeignet.
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Der
Hauptsammler 10 ist durch insgesamt vier Resonanzrohre 18, 20 mit
den beiden Resonanzbehältern 36 und 38 verbunden.
Von den vier Resonanzrohren 18, 20 sind jeweils
zwei Resonanzrohre 18 bzw. 20 in Länge und
Durchmesser gleich. In je einen Resonanzbehälter 36, 38 mündet ein
langes, dickes Resonanzrohr 20 und ein kurzes dünnes Resonanzrohr 18.
Durch die zweiten Schaltklappen 28 können die langen Resonanzrohre 20,
wie oben erwähnt,
auf die Länge
der kurzen Resonanzrohre 18 umgeschaltet werden. Bei dieser
Umschaltung werden die kurzen Resonanzrohre 18 durch Öffnen der ersten
Schaltklappen 22 gleichzeitig freigeschaltet bzw. geöffnet. Die
vier Klappen 22 und 28 für die Rohrumschaltung sind
drehfest auf der Welle 32 befestigt und bewegen sich daher
bei Drehen der Welle 32 synchron. Die Umschaltung auf die
verschiedenen wirksamen Rohrlängen
und Rohrquerschnitte sowie Behältervolumina
erfolgt durch insgesamt zwei Schaltbetätigungen in drei verschiedenen
Schaltstufen.
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Die
Schaltstufe 1 ist in 5A veranschaulicht
und dient der Zylinderfüllung
im unteren Drehzahlbereich. Die beiden dicken Resonanzrohre 20 sind
auf deren maximale Länge
geschaltet, die kurzen Resonanzrohre 18 sind durch die
ersten Schaltklappen 22 verschlossen. Die Resonanzbehälter 36 und 38 sind
durch die Trennklappe 34 voneinander getrennt. Die Sauganlage
versorgt drei Zylinder getrennt voneinander mit Frischluft. In den
voneinander getrennten Saugsystemen bilden sich Resonanzschwingungen
aus. Die Schwingungen im Resonanzsystem sind auf niedrige Motordrehzahlen
abgestimmt. An der mit 40 bezeichneten Stelle ist der Reflexionspunkt
der Resonanzschwingung.
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Die
zweite Schaltstufe ist in 5B veranschaulicht
und dient der Zylinderfüllung
im mittleren Drehzahlbereich. Die in der ersten Schaltstufe wirksamen
langen Resonanzrohre 20 sind durch die Umschaltung auf
die Länge
der kurzen Resonanzrohre 18 gekürzt. Die kurzen Resonanzrohre 18 sind
durch Öffnen
der ersten Schaltklappen 22 geöffnet. Durch diese Umschaltung
werden die wirksamen Resonanzrohrquerschnitte vergrößert und
die Resonanzrohrlängen
gleichzeitig verkürzt.
Die Verbindung der beiden Resonanzbehälter 36, 38 bleibt
durch die Trennklappe 34 getrennt. Durch die Umschaltung
der Resonanzrohre 18, 20 wird die Eigenfrequenz
des schwingfähigen
Systems erhöht,
was eine Verschiebung des Liefergradmaximums in den mittleren Drehzahlbereich
bewirkt. An der mit 42 bezeichneten Stelle ist der Reflexionspunkt
der Resonanzschwingung.
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Die
dritte Schaltstufe ist in 5C veranschaulicht
und dient der Erzeugung der Zylinderfüllung im oberen Drehzahlbereich.
Die Schaltung der Resonanzrohre 18, 20 auf die
Schaltstufe 2 bleibt erhalten (5B). Zusätzlich wird
die Trennklappe 34 zwischen den beiden Resonanzbehältern 36 und 38 geöffnet, wodurch
ein großer
Luftsammler 10 entsteht. Durch diese Schaltung wird die
Trennung der Sauganlage aufgehoben. Die Dynamik in den Resonanzbehältern 36 und 38 und
Resonanzrohren 18, 20 wird weitestgehend abgebaut.
Hierdurch wird der Liefergrad hauptsächlich durch die Länge der
zylinderindividuelle Einlaßkanäle 14 bestimmt.