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Die
Erfindung betrifft eine Luftansauganlage für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11.
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Eine
gattungsgemäße Luftansauganlage
ist aus DE-40 17 049 A1 bekannt. Ein dort gezeigter Luftsammler
ist mit einem Einströmstutzen
für Frischluft
versehen und mittels Einzel-Ansaugleitungen mit den Zylindern verbunden.
Ein weiterer, von der Ansaugluft nicht durchströmter Sammelbehälter ist
allen Einzel-Ansaugleitungen gemeinsam mittels Rohren an diese angeschlossen.
Eine wahlweise zu betätigende
Absperreinrichtung des weiteren Sammlers stellt eine Verbindung
zwischen den Einzel-Ansaugleitungen bereit oder sperrt diese voneinander
ab. Als eine mögliche
Form einer Absperreinrichtung wird ein allen Einzel-Ansaugleitungen
gemeinsamer Drehschieber vorgeschlagen.
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Der
eingangs genannte Stand der Technik ist prinzipiell aus DE-37 11
096 A1 bekannt, wobei hier Luftsammler und weiterer Sammler seitlich
neben einer Längswandung
des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine liegend angeordnet sind.
Dabei umfasst der Luftsammler sowie die von ihm abgehenden Einzel-Ansaugleitungen
C-förmig
den weiteren Sammler.
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Darüber hinaus
ist aus
EP 0 307 571
A2 eine so genannte Überkopfansauganlage
einer Brennkraftmaschine bekannt, deren Zylinderkopfhaube einstückig mit
der Sauganlage ausgebildet ist. In Längsrichtung seitlich neben
aber oberhalb des Zylinderkopfes erstreckt sich ein die einströmende Luft aufnehmender
Luftsammler, welcher mittels sich zur gegenüberliegenden Längsseite
des Zylinderkopfes erstreckenden Rohrbögen die Verbrennungsluft den Brennkammern
zuführt.
Diese Rohrbögen
sind dabei im Bereich der gegenüberliegenden
Längswandung von
Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube soweit beabstandet von diesen
ausgeführt,
dass innerhalb des durch diese Bögen
begrenzten Bauraumes Einspritzventile angeordnet werden können.
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Eine ähnliche
Anordnung ist in
US 5,088,454 offenbart,
wobei dort zur Unterbringung der Brennkraftmaschine samt Ansauganlage
unterhalb einer Haubenlinie vorgeschlagen wird, einen die Frischluft aufnehmenden,
in Längsrichtung
der Brennkraftmaschine verlaufenden Luftsammler relativ weit entfernt vom
Zylinderkopf in einem dafür
vorgesehen Bauraum anzuordnen. Von diesem ausgehend gelangt die
Luft entweder wahlweise über
starre Verbindungsrohre zunächst
zur gegenüberliegenden
Seite der Brennkraftmaschine in einen weiteren Sammler und von dort
mittels Rohrbögen
wieder zurück
zur ursprünglichen
Seite der Brennkraftmaschine um von dort mit Hilfe von Rohrbögen in die
Brennräume
einzumünden.
Innerhalb der so gebildeten Rohrbögen sind wiederum Einspritzventile
und eine Druckdose angeordnet. Diese öffnet wahlweise Drehklappen, welche
eine kurze Verbindung zwischen dem die Frischluft aufnehmenden Luftsammler
und den Bögen
ermöglicht.
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Letztendlich
ist es aus
US 5,144,918 in
verschiedenen Ausgestaltungen bekannt, die zylinderindividuell bogenförmig ausgebildeten
Ansaugrohre an ihrem stromaufliegenden Ende in eine gemeinsame Kammer
münden
zu lassen. Innerhalb dieser Rohrbögen können wiederum Bauteile wie
Drehklappen oder Schaltwalzen zur wahlweisen Verbindung der Einzelsaugrohre
untereinander angeordnet sein.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Luftansauganlage
zu schaffen, welche insbesondere bezüglich der Bauhöhe minimiert
ist und die gleichzeitig einen hohen Liefergrad aufweist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1
und des Patentanspruches 11.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
daß sich der
Luftsammler im wesentlichen in Längsrichtung der
Hubkoiben-Brennkraftmaschine seitlich neben einer der Längswandungen
des Zylinderkopfes liegend erstreckt, während der Leistungssammler
im wesentlichen parallel dazu seitlich neben der gegenüberliegenden,
anderen Längswandung
liegend angeordnet ist. Oberhalb des Zylinderkopfes liegende, erste
Abschnitte der Einzel-Ansaugleitungen verlaufen im wesentlichen
in Querrichtung der Hubkolben-Brennkraftmaschine vom Luftsammler
ausgehend bis zum Leistungssammler und gehen dort in endseitige, zweite
Ansaugleitungsabschnitte über,
welche bogenförmig
gekrümmt
von oberhalb des Zylinderkopfes in Richtung auf die gegenüberliegende
Längswandung
gekrümmt
ausgeführt
sind. innerhalb der so gebildeten Bögen sind Anbauteile der Hubkolben-Brennkraftmaschine
angeordnet, während
außen
liegend der Leistungssammler angeordnet ist. Vorteilhafterweise
ist durch die erfindungsgemäße Anordnung
eine geringe Bauhöhe
erzielbar, da sowohl Luftsammler als auch Leistungssammler im wesentlichen
seitlich neben dem Zylinderkopf liegend angeordnet sind und lediglich
die Einzel-Ansaugleitungen die Bauhöhe der Brennkraftmaschine oberhalb
des Zylinderkopfes vergrößern. Zugleich
kann eine vergleichsweise große
und drehmomentfördernde
Länge der
Einzel-Ansaugleitungen bereitgestellt werden.
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In
bevorzugter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß innerhalb
der Bögen
eine Kraftstoffverteilerleiste sowie notwendige Einspritzventile
angeordnet werden können.
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Weiterhin
bevorzugt ist jedem Zylinder ein innerhalb des Leistungssammlers
angeordneter, vergleichsweise kurzer Ansaugkrümmer zugeordnet, in dessen
Verlauf jeweils ein Absperrmittel der Absperreinrichtung angeordnet
ist.
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Besonders
bevorzugt sind dabei alle Absperrmittel zu einem Bauteil vereint
und dieses in einer Lagerung gehalten, welche an den endseitigen Ansaugleitungsabschnitten
abgestützt
angeordnet ist.
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Hierbei
kann insbesondere vorgesehen sein, daß das Bauteil als Drehschieber
ausgebildet ist, welcher sich in Längsrichtung erstreckt und in
eine tunnelartige Lagerung eingesetzt ist. Eine Wandung dieser tunnelartigen
Lagerung kann abschnittsweise einstückig mit Rohrwandungen der
endseitigen Ansaugleitungsabschnitte ausgebildet sein.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, daß die vergleichsweise
kurzen Ansaugkrümmer
im wesentlichen bezüglich
ihrer Krümmung
den Bögen
der zweiten Ansaugleitungsabschnitte folgend ausgebildet sind, wobei
sich eine besonders kompakte Anordnung ergibt.
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Eine
außen
liegende Wandung des Leistungssammlers kann auf seiner Innenseite
abschnittsweise die Ansaugkrümmer
bilden, während bezüglich der
Bögen außen liegende
Wandungen der zweiten Ansaugleitungsabschnitte eine innen liegende
Begrenzungswandung des Leistungssammlers bildet.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Luftansauganlage in
einer zu der mit den Einzel-Ansaugleitungen versehenen Zylinderkopfwandung
parallelen Ebene getrennt ausgeführt
sein, wobei das zwischen dem Zylinderkopf und dieser Trennebene
liegende Anlagenunterteil einstückig
und materialeinheitlich ausgebildet sein kann, ebenso wie das übrige, den
Luftsammler, die Einzel-Ansaugleitungen und den Leistungssammler
umfassende Oberteil.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend
anhand einer Zeichnung näher
erläuterten
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Luftansauganlage an einem
Zylinderkopf,
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2 eine
Draufsicht zu 1,
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3 einen
Schnitt durch einen Teil der Luftansauganlage gemäß 1,
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4 einen
Schnitt entlang der Linie IV–IV gemäß 3 durch
ein einzelnes Bauteil und
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5 ein
Diagramm zur Verdeutlichung der Schaltstrategie der Luftansauganlage.
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Eine
nicht näher
gezeigte, mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine weist einen
insgesamt mit 1 bezeichneten Zylinderkopf auf, dessen Deckseite 2 in
einer Ebene E1 liegend angeordnet ist.
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Eine
Luftansauganlage umklammert, wie am besten aus 1 ersichtlich,
den Zylinderkopf 1 und ist im wesentlichen aus einem Unterteil 3 und
einem Oberteil 4 gebildet. Das Oberteil 4 umfaßt dabei
einen mit einem Einströmstutzen 5 für Frischluft
versehenen Luftsammler 6, von diesem abgehende Einzel-Ansaugleitungen 7 sowie
einen allen Einzel-Ansaugleitungen 7 gemeinsamen Leistungssammler
B.
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Der
Luftsammler 6 erstreckt sich im wesentlichen in Längsrichtung
L der Brennkraftmaschine seitlich neben einer Längswandung 9 des Zylinderkopfes 1 liegend,
während
sich der Leistungssammler 8 nahezu parallel dazu ebenfalls
im wesentlichen in Längsrichtung
L seitlich neben der gegenüberliegenden,
anderen Längswandung 10 erstreckt.
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Erste
Abschnitte 7a der Einzel-Ansaugleitungen 7 verlaufen
im wesentlichen in Querrichtung Q der Brennkraftmaschine oberhalb
des Zylinderkopfes 1 und der Ebene E1 und unterhalb einer
parallel dazu verlaufenden Ebene E2.
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Endseitige,
zweite Ansaugleitungsabschnitte 7b sind bogenförmig gekrümmt von
oberhalb des Zylinderkopfes 1 in Richtung auf die andere
Längswandung 10 gekrümmt ausgeführt und
münden
in einen Flansch 11, welcher innerhalb einer Trennebene
T zwischen Unterteil 3 und Oberteil 4 an einen
korrespondierenden Flansch 12 des Unterteiles 4 angeschlossen
ist. Innerhalb der durch die zweiten Ansaugleitungsabschnitte 7b gebildeten
Bögen 13 sind dem
Unterteil 3 zugeordnete Kraftstoffeinspritzventile 14 sowie
Kraftstoffverteilerleisten 15 als Anbauteile der Brennkraftmaschine
vorgesehen.
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Wie
am Besten aus 3 ersichtlich, ist jedem Zylinder
der Brennkraftmaschine innerhalb des Leistungssammlers 8 ein
Ansaugkrümmer 20 zugeordnet,
in dessen Verlauf jeweils ein Absperrmittel einer insgesamt mit 21 bezeichneten
Absperreinrichtung für
diese Ansaugkrümmer 20 angeordnet
ist. Gemäß 3 und 4 sind
die Absperrmittel aller Ansaugkrümmer 20 zu
einem als Drehschieber 22 ausgebildeten Bauteil vereint.
Dieser Drehschieber 22 ist in eine tunnelartige Lagerung 23 eingesetzt, deren
Wandung 24 abschnittsweise einstückig und materialeinheitlich
mit Rohrwandungen 25 der zweiten Ansaugleitungsabschnitte 7b ausgebildet
sind.
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Der
Leistungssammler 8 ist insgesamt eng anliegend an diese
Rohrwandungen 25 ausgeführt und
liegt im wesentlichen zwischen den Ebenen E1 und E2.
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Eine
der oberen Ebene E2 zugewandte und teilweise in dieser liegende
Außenwandung 26 des Leistungssammlers 8 enthält integral
ausgebildet Wandungsteile 27 der Ansaugkrümmer 20,
während eine
den Leistungssammler 8 begrenzende Innenwandung 28 durch
besagte Rohrwandungen 25 gebildet ist.
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4 läßt in Verbindung
mit 3 erkennen, daß als ansaugkrümmerindividuelles
Absperrmittel jeweils Sperrwandungen 30 am Drehschieber 22 ausgebildet
sind. Dem Dreh schieber 22 ist außerhalb des Leistungssammlers 8 liegend
eine insgesamt mit 31 bezeichnete und an sich bekannte,
daher hier nicht näher
erläuterte
Betätigungseinrichtung
zugeordnet.
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Im
Betrieb der Brennkraftmaschine unterhalb z. B. einer bestimmten
Drehzahlschwelle ist der Drehschieber 22 mittels Betätigungseinrichtung 31 derartig
verschwenkt, daß die
Sperrwandungen 30 die Ansaugkrümmer 20 absperren. Über den
Einströmstutzen 5 eintretende
Frischluft gelangt somit in den Luftsammler 6 und von diesem
ausgehend über die
vergleichsweise lang ausgebildeten Einzel-Ansaugleitungen 7 zu
den einzelnen Zylindern. Hierdurch stellt sich in bekannter Weise
ein fülliger
Drehmomentverlauf über
der Drehzahl ein, d. h. eine Drehmoment-Stellung ist erreicht.
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Bei Überschreiten
dieser Drehzahlschwelle wird der Drehschieber 22 in eine
die Ansaugkrümmer 20 freigebende
Leistungs-Stellung verschwenkt, wodurch der zuvor nicht von der
Frischluft durchströmte Leistungssammler 8 angekoppelt
wird. Mittels der freigegebenen Ansaugkrümmer 20 ist nunmehr
jede Einzel-Ansaugleitung 7 über den Leistungssammler 8 mit
jeder anderen Einzel-Ansaugleitung 7 verbunden. Hierdurch
wird als effektive Ansauglänge
für die einströmende Frischluft
im wesentlichen der Strömungsweg
der Ansaugkrümmer 20 wirksam,
welcher deutlich geringer bemessen ist als die der Einzel-Ansaugleitungen 7.
Hierdurch stellt sich wiederum in an sich bekannter Weise in einem
höheren
Drehzahlbereich ein günstiger
Drehmomentverlauf über
der Drehzahl ein.
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Im
vorliegenden Beispiel erfolgt die Umschaltung zwischen Drehmoment-
und Leistungs-Stellung
nicht nur in Abhängigkeit
der aktuellen Brennkraftmaschinendrehzahl, vielmehr wird auch ein
die Füllung
des Motors signalisierendes Signal herangezogen. Als ein solches
Signal wird bevorzugt der Drosselklappenwinkel einer in dem Einströmstutzen 5 angeordneten
Drosselklappe herangezogen, dessen Wert anschließend auf eine Luftmasse umgerechnet
wird. Alternativ kann als Signal das Ausgangssignal eines Luftmassen-
oder Luftmengenmessers herangezogen werden.
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In 5 ist
der Drehmomentverlauf Md über der
Brennkraftmaschinendrehzahl n aufgetragen. In den schraffiert angelegten
Bereichen B1 sowie B2 wird die Luftansauganlage in Drehmoment-Stellung betrieben,
in den anderen Bereichen in Leistungs-Stellung. Es ist erkennbar,
daß diese
Luftansauganlage in weiten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine
in der Leistungs-Stellung betrieben wird, welche somit eine Ruhestellung
darstellt, die Betätigungseinrichtung 31 ist
in diesem Falle auf "Aus" bzw. unbestromt
oder ähnliches,
sodaß die Ansaugkrümmer 20 freigegeben
sind. Da die Gesamtauslegung der Luftansauganlage bereits in diesen
weiten Betriebsbereichen der Leistungs-Stellung ein ausreichend
hohes Drehmoment liefert, kann in diesen weiten Bereichen der zusätzliche
Vorteil genutzt werden, daß hier
zwar die Füllung
der Brennkraftmaschine relativ schlechter ist, dieses aber durch
ein geringfügig
vergrößertes Öffnen der
Drosselklappe ausgeglichen werden kann. Dieses wiederum hat den
Vorteil, daß die
Brennkraftmaschine in weiten Kennfeldbereichen relativ weit entdrosselt
betrieben werden kann, was wiederum den Kraftstoffverbrauch senkt.
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Wird
die Brennkraftmaschine beispielsweise in einem Drezahlbereich zwischen
1000 und 3000 Umdrehungen pro Minute mit einer Vergleichsweise hohen
Lastanforderung beaufschlagt, so werden aus einem Füllungs-Drehzahlkennfeld
Werte ausgelesen, die bei Erreichen einer bestimmten Lastanforderung
aus der Leistungs- in die Drehmoment-Stellung umschalten. Dieses
fahrerwunschabhängige
Umschalten wird durch die den Bereich B1 nach unten begrenzende
Linie 40 dargestellt.
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Der
Bereich B1 wird an seinem gemäß 5 rechtsliegenden
Ende drehzahlabhängig
durch eine Linie 41 begrenzt. Diese Linie 41 stellt
den Mittelwert eines Hysteresebereiches 42 dar, welcher
in Abhängigkeit
von einer Drehzahlerhöhung
oder einer Drehzahlabsenkung voneinander abweichende Schaltdrehzahlen
abdeckt.
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Eine
günstige
Lage dieses Hysteresebereiches hat sich zwischen 3750 und 4750 Umdrehungen
pro Minute herausgestellt, insbesondere in einem Bereich zwischen
4000 und 4500 Umdrehungen, bevorzugt zwischen 4160 und 4320 Umdrehungen
pro Minute. Bei steigender Drehzahl erfolgt die Begrenzung des Bereiches
B1 durch die obenliegende Grenzlinie 41o bei 4320 Umdrehungen
pro Minute, bei sinkender Drehzahl durch die untenliegende Linie 41u bei
4160 Umdrehungen pro Minute.
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In
analoger Weise liegt für
die Linie 40 ebenfalls ein Hysteresebereich vor, welcher
hier nicht näher
erläutert
wird.
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In
Anpassung an Brennkraftmaschinen mit unterschiedlichen Hubvolumina
und/oder an Luftansauganlagen mit unterschiedlichen Volumina im
Luftsammler 6 und/oder Leistungssammler 8 bzw.
unterschiedlichen Rohrgeometrien in den Einzel-Ansaugleitungen 7 bzw.
den Ansaugkrümmern 20 können die
Bereiche B1 und B2 z. B. kennfeldgesteuert optimal appliziert werden.
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Der
in 5 rechtsgezeigte Bereich B2 wird aus der Leistungs-Stellung
ausschließlich
drehzahlabhängig
angefahren und dient der weichen Leistungsbegrenzung der Brennkraftmaschine
bei Erreichen der Drehzahlgrenze. Solche Eingriffe erfolgen üblicherweise über innermotorische
Maßnahmen, wie
beispielsweise über
den Zündwinkel.
Solche Maßnahmen
können
vorteilhaft in Kombination mit dem Umschalten in die Drehmoment-Stellung
vorgenommen werden oder aber durch das Anfahren des Bereiches B2
entfallen. Das Anfahren der Drehmoment-Stellung in dem Bereich B2,
d. h. bei vergleichsweise hohen Drehzahlen n, führt aufgrund der dann zugeschalteten,
vergleichsweise langen Ansaugwege zu einer verschlechterten Füllung der Brennkraftmaschine.
Der Übergang
zwischen Leistungs- und Drehmoment-Stellung im Bereich B2 erfolgt
entlang einer Drehzahlgrenzlinie 43 bevorzugt ebenfalls
hysteresebehaftet.
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Für die vorbeschriebenen
Auslegung der Luftansauganlage mit einem ausreichend hohen Drehmoment
in weiten Kennfeldbereichen ist u. a. die Kanalgeometrie von entscheidender
Bedeutung. So weisen die Einzel-Ansaugleitungen 7 zwischen
Luftsammler 6 und dem Eintritt in den Flansch 11 einen Durchmesser
in einem Bereich zwischen 30 und 40 mm, insbesondere zwischen 32
und 38 mm, insbesondere von 36 mm auf. In einem gemäß 1 etwa mittig
zwischen Luftsammler 6 und Leistungssammler 8 liegenden
nicht dargestellten Bereich verengen sich die ersten Abschnitte 7a von
dem bevorzugten Wert 36 mm auf 32 mm, während diese Verengung vor dem
Eintritt in den Flansch 11 durch Verbreiterung auf 36 mm
wieder aufgehoben wird. An diesem sich in Folge der Verbreiterung
einstellenden Öffnungskegel
kommt es zu Vorreflektionen in bestimmten Drehzahlbereichen, welche
das Drehmoment in diesen Drehzahlbereichen anhebt und den Drehzahlbereich,
in dem ein erhöhtes
Drehmoment vorliegt, verbreitert.
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Die
Hubkolben-Brennkraftmaschine kann bevorzugt zwei V-förmig zueinander
angeordnete Zylinderreihen mit einem diesen beiden Zylinderreihen gemeinsamen
Zylinderkopf 1 aufweisen. Auch hierbei erfolgt die Luft-
bzw. Gemischzufuhr über
die rechtsliegende Längswandung 10 des
Zylinderkopfes 1.
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Von
den V-förmig
angeordneten Zylindern sind beispielsweise drei nach rechts geneigt
angeordnet, während
zwei oder drei weitere Zylinder nach links geneigt angeordnet sind.
Die Länge
der Einzel-Ansaugleitungen 7 zwischen Luftsammler 6 und Trennebene
T ist für
alle Zylinder im wesentlichen gleich und beträgt etwa 500 mm. Aufgrund der
unterschiedlich langen Strömungswege
innerhalb des Zylinderkopfes 1 zu den rechts- bzw. linksliegenden
Zylindern ist die Länge
der Ansaugkrümmer 20 für die der
Längswandung 10 zugeneigten
Zylinder eine andere als für
die der gegenüberliegenden
Längswandung 9 zugewandt
liegenden Zylinder. Während
die nach rechts geneigten Zylinder einen vergleichsweise kurzen
Strömungsweg
innerhalb des Zylinderkopfes 1 aufweisen, beträgt die Länge der
Ansaugkrümmer 20 etwa
200 mm, insbesondere 202 mm, die entsprechende Länge der Ansaugkrümmer 20 für die nach
links geneigten Zylinder beträgt
etwa 150 mm, insbesondere 147 mm.
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Die
Länge des
innerhalb des Unterteiles 3 ausgebildeten Strömungsweges
zwischen Längswandung 10 und
Trennebene T ist für
alle Zylinder einheitlich und beträgt zwischen 50 und 55 mm, vorzugsweise
52 mm. Der Durchmesser der Ansaugkrümmer 20 ist ebenfalls
für alle
Zylinder identisch, und beträgt
zwischen 40 und 45 mm, insbesondere 43 mm.
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Die
sich in Leistungs- bzw. Drehmoment-Stellung einstellenden Schwinglängen betragen
in Drehmoment-Stellung unter Einbeziehung des Strömungsweges
im Zylinderkopf 1, im Unterteil 3 sowie in den
Einzel-Ansaugleitungen 7 für die nach rechts geneigten
Zylinder etwa 640 bis 650 mm, bevorzugt 644 bis 645 mm. Die entsprechenden
Werte für
die nach links geneigten Zylinder betragen bevorzugt 727 bis 737
mm, insbesondere 732 bis 733 mm.
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Die
sich einstellenden Schwinglängen
der Ansaugkrümmer 20 betragen
für die
nach rechts geneigten Zylinder 342 bis 352 mm, vorzugsweise 345 bis
349 mm, insbesondere 347 mm. Die entsprechenden Werte für die nach
links geneigten Zylinder betragen 371 bis 381 mm, vorzugsweise 374
bis 378 mm, insbesondere 376 mm.