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Die
Erfindung betrifft einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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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
gemeinsamen Saugrohr-Mantelfläche, über die
die Ansaugluft einem 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
Ansaugluft ausschließlich durch
das andere, geöffnete
Einzelrohr dem Zylindereinlaß zugeführt wird.
Das geöffnete
Einzelrohr leitet die Ansaugluft drallförmig in den Brennraum, wodurch
eine gute Durchmischung des Kraftstoff/Luftgemisches erreicht wird.
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Im
oberen Lastbereich und bei Vollast wird die Verschlußklappe
geöffnet,
so daß durch
beide Einzelrohre Ansaugluft herangeführt und eine erhöhte Befüllung mit
Kraftstoff/Luftgemisch ermöglicht wird.
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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 Verlängerung des im unteren Lastbereichs
geöffneten
Einzelrohres ist bei der
DE
37 11 859 A1 nicht vorgesehen.
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Eine
zu der vorstehend beschriebenen Vorrichtung funktionell gleichartige
Einrichtung mit zwei parallelen Einzelrohren einer Sauganlage, von
denen eines zu- und abschaltbar ist, ist aus
DE 37 02 827 A1 bekannt.
Auch hier verändern
die beiden Einzelrohre unabhängig
von deren Schaltzustand ihre Längen
nicht. Hieraus ergeben sich die bereits bei der Vorrichtung nach
DE 37 11 859 A1 beschriebenen Konsequenzen
in gleicher Weise.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Ansaugtrakt für eine Brennkraftmaschine
mit einfachen Mitteln so zu gestalten, daß im Teillastbereich der Drall
der einströmenden
Ansaugluft erhöht
ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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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
darstellt, 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 Steigerung 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 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 verschlechternde ungleichmäßige Schichtung
vermieden wird. Die Leistungsentwicklung der Brennkraftmaschine
wird verbessert, insbesondere das Drehmoment gesteigert, und die Schadstoffentwicklung
wird vermindert.
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Bei
verlängertem
zweiten Einzelrohr wird zugleich das erste Einzelrohr durch das
Schaltelement geschlossen, wodurch die Luftzufuhr durch dieses Einzelrohr
unterbunden wird und keine den Drall mindernden oder aufhebenden
Strömungen
entstehen können.
Die Verlängerung
des zweiten Einzelrohres und das Schließen des ersten Einzelrohres
wird mit einem einzigen, gemeinsamen Bauteil erreicht, was eine
konstruktiv einfache Gestaltung des Ansaugtrakts ermöglicht.
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Bei
geöffnetem
Schaltelement wird die kürzere
Rohrlänge
des zweiten Einzelrohres wirksam; zugleich ist das erste Einzelrohr
geöffnet,
so daß im Vollastbereich
sowohl durch das erste als auch durch das zweite Einzelrohr Ansaugluft
einströmt
und eine maximale Luftbeschickung des Zylinders ermöglicht ist.
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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 Einzelrohres
an, die wirksame Rohrlänge
ist vergrößert.
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Zweckmäßig verlaufen
die Längsachsen
der beiden Einzelrohre parallel, beispielsweise als miteinander
verbundene Zwillingsrohre oder als ineinandergesteckte Rohre. Im
letzteren Fall haben die beiden Einzelrohre eines Zylinders einen
unterschiedlichen 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 Durchmessers
und erreicht höhere
Strömungsgeschwindigkeiten
mit einem größeren Drall,
wobei die Ansaugluft durch den über
den gemeinsamen Rohrverlauf überstehenden Abschnitt
des Einzelrohres kleineren Durchmessers herangeführt wird, welcher durch das
Schaltelement gebildet wird. In Schließstellung ist die Stirnseite
des umgreifenden Einzelrohres vom Schaltelement abgedeckt, beispielsweise
durch eine am Schaltelement angeordnete Blende.
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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 ermöglicht außerdem eine
auf die konstruktiven Gegebenheiten angepaßte, einen größtmöglichen
Drall bzw. Tumble bewirkende Einströmung in den Zylinder.
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Das
Schaltelement ist vorteilhaft als Stellhülse ausgebildet, die axial
und/oder rotatorisch zwischen Schließstellung und Öffnungsstellung
verschoben bzw. verdreht werden kann. Die Stellhülse kann auf einer inneren
Rohrwand des Einzelrohres geführt
werden, in die zweckmäßig radiale
Einströmöffnungen
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 Einströmöffnungen von der Stellhülse überdeckt
ist, so daß ein
erhöhter,
jedoch noch nicht maximaler Lufteinlaß durch die Einströmöffnungen
möglich
ist.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine im Bereich
eines Zylinders,
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2 eine
Ansicht gemäß Schnittlinie
II-II aus 1.
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Gemäß 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 Brennkraftmaschine kommuniziert. Durch das Saugrohr 2 wird
Ansaugluft in Strömungsrichtung 17, 18 angesaugt,
mit Kraftstoff vermengt, welcher über eine Einspritzdüse in einer Einspritzöffnung 20 im
Saugrohr eingeführt
wird, und bei geöffnetem
Einlaßventil 19 als
Kraftstoff/Luftgemisch dem Brennraum im Zylinder zugeführt.
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Das
Saugrohr 2 besteht aus zwei Einzelrohren 3, 4 mit
unterschiedlichem Durchmesser dk, dg (2), die
ineinander gesetzt sind, wobei das Einzelrohr 3 mit kleinerem
Durchmesser dk exzentrisch im Rohrinnenraum
des Einzelrohrs 4 mit größerem Durchmesser dg aufgenommen ist. Das kleinere Einzelrohr 3 weist
einen über
die freie Stirnseite 13 des größeren Einzelrohres 4 überstehenden
Abschnitt 10 auf. Die Ansaugluft kann sowohl über die
freie Stirnseite 13 des größeren Einzelrohrs 4 in
Strömungsrichtung 21 als
auch über
die freie Stirnseite 22 des kleineren Einzelrohrs 3 in
Strömungsrichtung 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 Durchströmen
des kleineren Einzelrohres 3 mit hoher Geschwindigkeit
auf die Innenwand des Ansaugkrümmers 16 auftrifft
und mit Drall in den Brennraum eintritt.
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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.
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Die
Stellhülse 11 ist
im gezeigten Ausführungsbeispiel
auf einer inneren Rohrwand 25 des Rohrabschnitts 10 des
kleineren Einzelrohres 3 gleitbar gelagert. Die Stellhülse 11 ist
axial in Pfeilrichtung 24 zwischen einer Öffnungsstellung 7 und
einer Schließstellung 8 (gestrichelt
eingezeichnet) verstellbar; beim Überführen zwischen Öffnungsstellung 7 und
Schließstellung 8 gleitet
die Stellhülse
auf der inneren Rohrwand 25 des kleineren Einzelrohres 3.
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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 größeren Einzelrohres 4 und
der zugewandten Stirnseite der Stellhülse 11 erstrecken.
Es sind eine Mehrzahl von axial und über den Umfang verteilten Einströmöffnungen 14 vorgesehen.
In Öffnungsstellung 7 der
Stellhülse 11 liegen
die Einströmöffnungen 14 frei,
so daß Ansaugluft
durch die Einströmöffnungen
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.
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Zusätzlich kann über die
freie Stirnseite 22 des kleineren Einzelrohres 3 Luft
in Strömungsrichtung 23 einfließen.
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Zugleich
liegt in Öffnungsstellung 7 auch
die Stirnseite 13 des größeren Einzelrohres 4 frei
und es strömt
Luft in Strömungsrichtung 21 in
das Einzelrohr 4 ein. Die Stirnseite 13 besitzt
aufgrund der exzentrischen Lage des kleineren Einzelrohres 3 im
größeren Einzelrohr 4 Sichelform,
wobei der freie Strömungsquerschnitt
des Einzelrohres 4 zweckmäßig größer ist als der Strömungsquerschnitt
des kleineren Einzelrohres 3.
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In
der Schließstellung 8 liegt
die Stellhülse 11 am
gemeinsamen Rohrabschnitt an. Auf der dem gemeinsamen Rohrabschnitt
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 Einströmöffnungen 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 Ansaugluft nur durch die freie Stirnseite 22 des
kleineren Einzelrohres 3 einströmen, wodurch die für die Luftströmung wirksame
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.
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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.
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Die
Stellhülse
kann in einer anderen Ausführung
auch radial zwischen Öffnungsstellung
und Schließstellung
verstellt werden. 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 Einströmöffnungen
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.
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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 erzeugen. Die Einströmöffnungen 14 können axial
oder radial unterschiedlich verteilt werden, so daß je nach
axialer bzw. radialer Stellung der Stellhülse 11 unterschiedlich
große
Luftmengen durch die Einströmöffnungen
einfließen
können.
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Die
Einströmöffnungen
können
eine runde, ovale, eckige oder sonstige, beispielsweise geschlitzte,
sich axial oder in Umfangsrichtung erstreckende Querschnittsform
aufweisen. Anstelle einer Mehrzahl von kleinen Einströmöffnungen
können auch
eine einzelne bzw. wenige größere Ausnehmungen
in der inneren Rohrwand vorgesehen sein.
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Gemäß einer
anderen Ausführung
kann auf den axial außenliegenden
Abschnitt der inneren Rohrwand verzichtet werden, sofern das Schaltelement
durch geeignete konstruktive Maßnahmen
mit ausreichender Präzision
zwischen Öffnungsstellung und
Schließstellung
geführt
werden kann.
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Das
Schaltelement kann mit Hilfe eines Stellglieds, beispielsweise ein
pneumatisches Stellglied, zwischen Öffnungsstellung und Schließstellung
verstellt werden.