DE19819931A1 - Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine umfaßt ein Saugrohr mit zwei Einzelrohren, über die Ansaugluft dem Einlaß eines Zylinders zuführbar ist. Weiterhin ist ein Schaltelement vorgesehen, welches zwischen zwei Schaltstellungen verstellbar ist und ein erstes der beiden Einzelrohre lastabhängig öffnet und schließt. DOLLAR A Um den Ansaugtrakt mit einfachen Mitteln so zu gestalten, daß im Teillastbereich der Drall der einströmenden Ansaugluft erhöht ist, schaltet das Schaltelement in der ersten Schaltstellung das zweite Einzelrohr auf eine erste, kürzere Länge und in der zweiten Schaltstellung auf eine zweite, größere Länge. Das erste Einzelrohr ist in der ersten Schaltstellung geöffnet und in der zweiten Schaltstellung geschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ansaugtrakt einer Brennkraftma­ schine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 37 11 859 A1 ist eine mehrzylindrige Hubkolben- Brennkraftmaschine bekannt, deren Ansaugtrakt ein Saugrohr mit variabel einstellbarer Saugrohrgeometrie aufweist. Das Saugrohr besteht aus zwei Einzelrohren innerhalb einer ge­ meinsamen Saugrohr-Mantelfläche, über die die Ansaugluft ei­ nem der Zylinder der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Eines der Einzelrohre ist über eine Verschlußklappe zu öffnen und zu schließen, die mit der Drosselklappe verbunden ist und die im unteren Lastbereich geschlossen ist, so daß die An­ saugluft ausschließlich durch das andere, geöffnete Einzel­ rohr dem Zylindereinlaß zugeführt wird. Das geöffnete Ein­ zelrohr leitet die Ansaugluft drallförmig in den Brennraum, wodurch eine gute Durchmischung des Kraftstoff/Luftgemisches erreicht wird.

Im oberen Lastbereich und bei Vollast wird die Verschluß­ klappe geöffnet, so daß durch beide Einzelrohre Ansaugluft herangeführt und eine erhöhte Befüllung mit Kraft­ stoff/Luftgemisch ermöglicht wird.

Bei der aus der DE 37 11 859 A1 bekannten Vorrichtung weisen beide Einzelrohre etwa die gleiche Länge auf, wodurch die Drallwirkung der im unteren Lastbereich durch das geöffnete Einzelrohr einströmenden Ansaugluft begrenzt ist. Ein Ver­ längerung des im unteren Lastbereichs geöffneten Einzelroh­ res ist bei der DE 37 11 459 A1 nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Ansaugtrakt für eine Brennkraftmaschine mit einfachen Mitteln so zu ge­ stalten, daß im Teillastbereich der Drall der einströmenden Ansaugluft erhöht ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Das Schaltelement bewirkt in der ersten Schaltstellung - die eine Öffnungsstellung darstellt, in der das erste Einzelrohr geöffnet ist - eine Verkürzung des zweiten Einzelrohres; in der zweiten Schaltstellung - die eine Schließstellung dar­ stellt, in der das erste Einzelrohr geschlossen ist - ist das zweite Einzelrohr verlängert. Bei verlängertem zweiten Einzelrohr entstehen durch Druckschwankungen im Ansaugtrakt in diesem Einzelrohr Resonanzschwingungen, die eine Steige­ rung des Dralls zur Folge haben. Die im Teillastbereich durch das verlängerte Einzelrohr herangeführte Ansaugluft wird mit größerem Drall in den Brennraum geführt, wodurch die Durchmischung von Luft und Kraftstoff im Teillastbereich verbessert wird und eine das Abbrennverhalten verschlech­ ternde ungleichmäßige Schichtung vermieden wird. Die Lei­ stungsentwicklung der Brennkraftmaschine wird verbessert, insbesondere das Drehmoment gesteigert, und die Schadstoff­ entwicklung wird vermindert.

Bei verlängertem zweiten Einzelrohr wird zugleich das erste Einzelrohr durch das Schaltelement geschlossen, wodurch die Luftzufuhr durch dieses Einzelrohr unterbunden wird und kei­ ne den Drall mindernden oder aufhebenden Strömungen entste­ hen können. Die Verlängerung des zweiten Einzelrohres und das Schließen des ersten Einzelrohres wird mit einem einzi­ gen, gemeinsamen Bauteil erreicht, was eine konstruktiv ein­ fache Gestaltung des Ansaugtrakts ermöglicht.

Bei geöffnetem Schaltelement wird die kürzere Rohrlänge des zweiten Einzelrohres wirksam; zugleich ist das erste Einzel­ rohr geöffnet, so daß im Vollastbereich sowohl durch das er­ ste als auch durch das zweite Einzelrohr Ansaugluft ein­ strömt und eine maximale Luftbeschickung des Zylinders er­ möglicht ist.

In vorteilhafter Ausführung bildet das Schaltelement ein Teil der Rohrwandung des verlängerbaren, zweiten Einzelroh­ res. In Öffnungsstellung ist das Schaltelement vom festen Rohrabschnitt des zweiten Einzelrohres abgesetzt, wodurch die für die Ausbildung eines Strömungsfadens maßgebende wirksame Rohrlänge verkürzt ist. In Schließstellung liegt das Schaltelement am festen Rohrabschnitt des zweiten Ein­ zelrohres an, die wirksame Rohrlänge ist vergrößert.

Zweckmäßig verlaufen die Längsachsen der beiden Einzelrohre parallel, beispielsweise als miteinander verbundene Zwil­ lingsrohre oder als ineinandergesteckte Rohre. Im letzteren Fall haben die beiden Einzelrohre eines Zylinders einen un­ terschiedlichen Durchmesser und ist das kleinere Rohr im größeren Rohr aufgenommen, wobei das Schaltelement bevorzugt einen Teil der Rohrwandung des kleineren Rohres bildet. In dieser klein bauenden Ausführung strömt die Ansaugluft im Teillastbereich durch das innenliegende Rohr kleinen Durch­ messers und erreicht höhere Strömungsgeschwindigkeiten mit einem größeren Drall, wobei die Ansaugluft durch den über den gemeinsamen Rohrverlauf überstehenden Abschnitt des Ein­ zelrohres kleineren Durchmessers herangeführt wird, welcher durch das Schaltelement gebildet wird. In Schließstellung ist die Stirnseite des umgreifenden Einzelrohres vom Schal­ telement abgedeckt, beispielsweise durch eine am Schaltele­ ment angeordnete Blende.

Das innenliegende Einzelrohr ist bevorzugt exzentrisch im umgreifenden Rohr gehalten, so daß die Außenseite des Innen­ rohres an der Innenseite des Außenrohres anliegt und eine gemeinsame Befestigungslinie aufweist. Die Exzentrizität er­ möglicht außerdem eine auf die konstruktiven Gegebenheiten angepaßte, einen größtmöglichen Drall bzw. Tumble bewirkende Einströmung in den Zylinder.

Das Schaltelement ist vorteilhaft als Stellhülse ausgebil­ det, die axial und/oder rotatorisch zwischen Schließstellung und Öffnungsstellung verschoben bzw. verdreht werden kann. Die Steilhülse kann auf einer inneren Rohrwand des Einzel­ rohres geführt werden, in die zweckmäßig radiale Einström­ öffnungen eingebracht sind, die in Öffnungsstellung der Stellhülse freiliegen und in Schließstellung verschlossen sind. Durch eine in Achsrichtung verteilte Anordnung der Einströmöffnungen ist es möglich, Zwischenstellungen der Stellhülse vorzugeben, in denen nur ein Teil der Einström­ öffnungen von der Stellhülse überdeckt ist, so daß ein er­ höhter, jedoch noch nicht maximaler Lufteinlaß durch die Einströmöffnungen möglich ist.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich­ nungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Ansaugtrakt einer Brenn­ kraftmaschine im Bereich eines Zylinders,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Schnittlinie II-II aus Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Ansaugtrakt 1 ein Saugrohr 2, das über einen Flansch 15 an einem Ansaugkrümmer 16 gehalten ist, welcher mit dem Einlaß 5 eines Zylinders der Brenn­ kraftmaschine kommuniziert. Durch das Saugrohr 2 wird An­ saugluft in Strömungsrichtung 17, 18 angesaugt, mit Kraft­ stoff vermengt, welcher über eine Einspritzdüse in einer Einspritzöffnung 20 im Saugrohr eingeführt wird, und bei ge­ öffnetem Einlaßventil 19 als Kraftstoff/Luftgemisch dem Brennraum im Zylinder zugeführt.

Das Saugrohr 2 besteht aus zwei Einzelrohren 3, 4 mit unter­ schiedlichem Durchmesser d_k, d_g (Fig. 2), die ineinander ge­ setzt sind, wobei das Einzelrohr 3 mit kleinerem Durchmesser d_k exzentrisch im Rohrinnenraum des Einzelrohrs 4 mit größe­ rem Durchmesser d_g aufgenommen ist. Das kleinere Einzelrohr 3 weist einen über die freie Stirnseite 13 des größeren Ein­ zelrohres 4 überstehenden Abschnitt 10 auf. Die Ansaugluft kann sowohl über die freie Stirnseite 13 des größeren Ein­ zelrohrs 4 in Strömungsrichtung 21 als auch über die freie Stirnseite 22 des kleineren Einzelrohrs 3 in Strömungsrich­ tung 23 dem Zylinder zugeführt werden. Beide Einzelrohre 3, 4 erstrecken sich auf der dem Zylinder zugewandten Seite bis zum Flansch 15 bis unmittelbar an den Ansaugkrümmer 16, mit der Folge, daß die durch das kleinere, radial außenliegende Einzelrohr 3 einströmende Ansaugluft - eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit vorausgesetzt - nach dem Durchströ­ men des kleineren Einzelrohres 3 mit hoher Geschwindigkeit auf die Innenwand des Ansaugkrümmers 16 auftrifft und mit Drall in den Brennraum eintritt.

Um insbesondere im unteren Lastbereich eine drallförmige Einströmung der Ansaugluft in den Zylinder zu erreichen, kann der Strömungsquerschnitt des größeren Einzelrohres 4 abgesperrt und die Rohrlänge des kleineren Einzelrohres 3 verlängert werden. Für die Absperrung des Rohres 4 und die Verlängerung des Rohres 3 ist ein gemeinsames Schaltelement 6 vorgesehen, das als Stellhülse 11 ausgebildet und Teil des überstehenden Rohrabschnitts 10 des kleineren Einzelrohres 3 ist, welcher axial dem gemeinsamen, beide Einzelrohre 3, 4 radial umfassenden Rohrverlauf vorgelagert ist.

Die Stellhülse 11 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer inneren Rohrwand 25 des Rohrabschnitts 10 des kleine­ ren Einzelrohres 3 gleitbar gelagert. Die Stellhülse 11 ist axial in Pfeilrichtung 24 zwischen einer Öffnungsstellung 7 und einer Schließstellung 8 (gestrichelt eingezeichnet) ver­ stellbar; beim Überführen zwischen Öffnungsstellung 7 und Schließstellung 8 gleitet die Stellhülse auf der inneren Rohrwand 25 des kleineren Einzelrohres 3.

In Öffnungsstellung 7, die die Stellhülse 11 bevorzugt im Vollastbereich der Brennkraftmaschine einnimmt, befindet sich die Stellhülse 11 in ihrer von der freien Stirnseite 13 des größeren Einzelrohres 4 abgehobenen Position am axial freien Ende des kleineren Einzelrohres 3. In die innere Rohrwand 25 sind radiale Einströmöffnungen 14 eingebracht, die sich axial zwischen der freien Stirnseite 13 des größe­ ren Einzelrohres 4 und der zugewandten Stirnseite der Stell­ hülse 11 erstrecken. Es sind eine Mehrzahl von axial und über den Umfang verteilten Einströmöffnungen 14 vorgesehen. In Öffnungsstellung 7 der Stellhülse 11 liegen die Einström­ öffnungen 14 frei, so daß Ansaugluft durch die Einströmöff­ nungen einfließen und dem Brennraum zugeführt werden kann. Die für die Strömung der Ansaugluft wirksame Rohrlänge ist in Öffnungsstellung 7 auf die Länge des gemeinsamen, beide Einzelrohre umfassenden Abschnitts beschränkt.

Zusätzlich kann über die freie Stirnseite 22 des kleineren Einzelrohres 3 Luft in Strömungsrichtung 23 einfließen.

Zugleich liegt in Öffnungsstellung 7 auch die Stirnseite 13 des größeren Einzelrohres 4 frei und es strömt Luft in Strö­ mungsrichtung 21 in das Einzelrohr 4 ein. Die Stirnseite 13 besitzt aufgrund der exzentrischen Lage des kleineren Ein­ zelrohres 3 im größeren Einzelrohr 4 Sichelform, wobei der freie Strömungsquerschnitt des Einzelrohres 4 zweckmäßig größer ist als der Strömungsquerschnitt des kleineren Ein­ zelrohres 3.

In der Schließstellung 8 liegt die Stellhülse 11 am gemein­ samen Rohrabschnitt an. Auf der dem gemeinsamen Rohrab­ schnitt zugewandten Seite ist an der Stellhülse 11 eine Blende 12 angeformt, die die gleiche Querschnittsform wie die freie Stirnseite 13 des größeren Einzelrohres 4 aufweist und in Schließstellung die Stirnseite 13 des Einzelrohrs 4 strömungsdicht abschließt. Außerdem sind die Einströmöffnun­ gen 14 an der inneren Rohrwand 25 des Einzelrohres 3 durch das Stellelement 11 abgedeckt, so daß die Einströmung von Ansaugluft durch die Einströmöffnungen verhindert wird. In Schließstellung 8 der Stellhülse 11 kann daher die Ansaug­ luft nur durch die freie Stirnseite 22 des kleineren Einzel­ rohres 3 einströmen, wodurch die für die Luftströmung wirk­ same Rohrlänge des Einzelrohres 3 auf die Gesamtlänge der inneren Rohrwand 25 verlängert wird. Die Gesamtlänge des Einzelrohres ist auf die Erzeugung von Resonanzschwingungen abgestimmt, die die Drallwirkung verstärken.

Gegebenenfalls kann die über den gemeinsamen Rohrabschnitt überstehende Länge der inneren Rohrwand 25 des Einzelrohres 3 kürzer bemessen sein als die Länge der Stellhülse 11, so daß in Schließstellung 8 die Gesamtlänge des Einzelrohres 3 durch die Länge der Stellhülse 11 bestimmt wird.

Die Stellhülse kann in einer anderen Ausführung auch radial zwischen Öffnungsstellung und Schließstellung verstellt wer­ den. Bei radialer Verstellung weist die Wand der Stellhülse einen offenen, luftdurchlässigen Abschnitt auf, der durch Verdrehung der Stellhülse um die Längsachse des Einzelrohres 3 in Öffnungsstellung in Überdeckung mit den Einströmöffnun­ gen gebracht wird und in Schließstellung in Außereingriff mit den Einströmöffnungen steht, so daß in Öffnungsstellung Luft einströmen kann und in Schließstellung die Einströmung verhindert ist. Bei Überführung von Öffnungsstellung in Schließstellung wird die radial überstehende Blende 12 an der Stellhülse 11 in eine die freie Stirnseite des größeren Einzelrohres 4 verschließende Eingriffsstellung verschwenkt.

Es kann zweckmäßig sein, Zwischenstellungen der Stellhülse 11 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung vorzusehen, um je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine Luftströmungen mit unterschiedlich starkem Drall zu erzeu­ gen. Die Einströmöffnungen 14 können axial oder radial un­ terschiedlich verteilt werden, so daß je nach axialer bzw. radialer Stellung der Stellhülse 11 unterschiedlich große Luftmengen durch die Einströmöffnungen einfließen können.

Die Einströmöffnungen können eine runde, ovale, eckige oder sonstige, beispielsweise geschlitzte, sich axial oder in Um­ fangsrichtung erstreckende Querschnittsform aufweisen. An­ stelle einer Mehrzahl von kleinen Einströmöffnungen können auch eine einzelne bzw. wenige größere Ausnehmungen in der inneren Rohrwand vorgesehen sein.

Gemäß einer anderen Ausführung kann auf den axial außenlie­ genden Abschnitt der inneren Rohrwand verzichtet werden, so­ fern das Schaltelement durch geeignete konstruktive Maßnah­ men mit ausreichender Präzision zwischen Öffnungsstellung und Schließstellung geführt werden kann.

Das Schaltelement kann mit Hilfe eines Stellglieds, bei­ spielsweise ein pneumatisches Stellglied, zwischen Öffnungs­ stellung und Schließstellung verstellt werden.

Claims (11)

1. Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, mit einem Saug­ rohr (2), das zwei Einzelrohre (3, 4) umfaßt, über die An­ saugluft dem Einlaß (5) eines Zylinders der Brennkraftma­ schine zuführbar ist, und mit einem Schaltelement (6), wel­ ches zwischen zwei Schaltstellungen (7, 8) verstellbar ist und ein erstes (4) der beiden Einzelrohre lastabhängig öff­ net und schließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) in der ersten Schaltstellung (7) das zweite Einzelrohr (3) auf eine erste, kürzere Länge und in der zweiten Schaltstellung auf eine zweite, größere Länge schaltet, wobei das erste Einzelrohr (4) in der ersten Schaltstellung (7) geöffnet und in der zweiten Schaltstel­ lung (8) geschlossen ist.

2. Ansaugtrakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) ein Teil der Rohrwandung (9) des zweiten Einzelrohres (3) bildet.

3. Ansaugtrakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der beiden Einzelrohre (3, 4) parallel verlaufen.

4. Ansaugtrakt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelrohre (3, 4) einen unterschiedlichen Durchmes­ ser (d_k, d_g) aufweisen, wobei das kleinere Einzelrohr (3) im Rohrinnenraum des größeren Einzelrohres (4) aufgenommen ist.

5. Ansaugtrakt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinere Einzelrohr (3) exzentrisch im größeren Ein­ zelrohr (4) gelagert ist.

6. Ansaugtrakt nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) den über den gemeinsamen Rohrver­ lauf überstehenden Abschnitt (10) des Einzelrohrs (3) klei­ neren Durchmessers (d_k) bildet.

7. Ansaugtrakt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) eine Stellhülse (11) ist.

8. Ansaugtrakt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) axial zwischen den beiden Schalt­ stellungen (7, 8) verschiebbar ist.

9. Ansaugtrakt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) rotatorisch zwischen den beiden Schaltstellungen (7, 8) verstellbar ist.

10. Ansaugtrakt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) eine radial überstehende Blende (12) aufweist, über die in der zweiten Schaltstellung (8) die Stirnseite (13) des anderen Einzelrohrs (4) verschließbar ist.

11. Ansaugtrakt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandung (9) des kleineren Einzelrohrs (3) im Stellbereich des Schaltelements (6) radiale Einströmöffnun­ gen (14) aufweist, welche in der zweiten Schaltstellung (8) des Schaltelements (6) verschlossen sind.