DE19820245A1 - Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Ansaugsystem für eine BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Brennkammer weist einen Lufteinlaß und einen Gasauslaß und einen jeder Brennkammer zugeordneten Lufteinlaßkanal auf, der an seinem einen Ende in den Lufteinlaß mündet und an seinem anderen Ende eine Lufteintrittsöffnung aufweist, wobei der Lufteinlaßkanal gekrümmt ist und einen radial äußeren Wandungsabschnitt sowie einen radial inneren Wandungsabschnitt umfaßt und wobei die durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals zwischen der Lufteintrittsöffnung und dem Lufteinlaß veränderbar ist. Der Lufteinlaßkanal besitzt eine sich von der Lufteintrittsöffnung zum Lufteinlaß verjüngende Querschnittsgestalt und der radial innere Wandungsabschnitt und der äußere Wandungsabschnitt sind relativ zueinander verdrehbar ausgebildet, so daß die durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals stufenlos veränderbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für eine
Brennkraftmaschine mit zumindest einer Brennkammer, die einen
Lufteinlaß und einen Gasauslaß aufweist, mit einem jeder
Brennkammer zugeordneten Lufteinlaßkanal, der an seinem einen
Ende in den Lufteinlaß mündet und der an seinem anderen Ende
eine Lufteintrittsöffnung aufweist, wobei der Lufteinlaßkanal
gekrümmt ist und einen radial äußeren Wandungsabschnitt sowie
einen radial inneren Wandungsabschnitt umfaßt, und wobei die
durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals zwischen der
Lufteintrittsöffnung und dem Lufteinlaß veränderbar ist.
Derartige Ansaugsysteme werden vorzugsweise für
Brennkraftmaschinen verwendet, deren Zylinder eine V-Anordnung
einnehmen, können jedoch auch für Reihenmotoren eingesetzt
werden. Bisher sind Sauganlagen bekannt, die an verschiedenen
Punkten Stellglieder haben, um die Luftwege zu verkürzen oder
zu verlängern. Häufig wird mit zwei Umschaltpunkten gearbeitet,
wobei in jedem Punkt der Umschaltung ein Abfall des
Wirkungsgrades zu verzeichnen ist.
Ein gattungsgemäßes Ansaugsystem ist beispielsweise aus der
DE 195 06 306 A1 bekannt. Dieses bekannte Ansaugsystem besitzt,
jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet, ein
kreisförmig gestaltetes Einzelsaugrohr, das einen allen
Zylindern gemeinsamen Ansaugverteilerraum umgibt. Jedes
Einzelsaugrohr ist an seiner radial inneren Wandung mit einer
Vielzahl von über den Umfang verteilten Öffnungen versehen.
Radial einwärts ist auf der radial inneren Wandung eines jeden
kreisförmigen Einzelsaugrohrs ein Drehschieber drehbar gleitend
gelagert, der eine radiale Öffnung besitzt, die je nach
Winkelstellung des Drehschiebers mit unterschiedlichen
Öffnungen in der radial inneren Wandung des Einzelsaugrohrs
zusammenwirken kann. Auf diese Weise kann die Länge des
durchströmten Lufteintrittskanals stufenweise verändert werden.
Da der durchströmte Querschnitt des jeweiligen Einzelsaugrohrs
über die gesamte von der Ansaugluft durchströmte Länge konstant
ist, erfolgt in diesem Ansaugsystem keine Beschleunigung der in
die Brennkammer eingeleiteten Ansaugluft.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
gattungsgemäßes Ansaugsystem so auszubilden, daß eine
stufenlose Verstellung der durchströmten Länge des
Lufteinlaßkanals ermöglicht ist, wobei gleichzeitig eine
Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Lufteinlaßkanal eine sich von der Lufteintrittsöffnung zum
Lufteinlaß verjüngende Querschnittsgestalt besitzt und
daß der radial innere Wandungsabschnitt und der radial äußere
Wandungsabschnitt relativ zueinander verdrehbar ausgebildet
sind.
Durch die sich verjüngende Querschnittsgestalt des
Lufteinlaßkanals wird die gewünschte Beschleunigung der
Ansaugluft erzielt und durch die relative Verdrehbarkeit des
radial inneren Wandungsabschnitts und des radial äußeren
Wandungsabschnitts wird die Veränderung der durchströmten Länge
des Lufteinlaßkanals ermöglicht.
Mit der erfindungsgemäßen stufenlosen Einstellung der Luftmenge
in Abhängigkeit von der Leistung oder vom Drehmoment sind
sowohl Sauganlagen für Reihenmotoren im Längs- oder im
Quereinbau, als auch Motoren in V-Anordnung oder Boxermotoren
ansteuerbar, und bei allen diesen Motoren sind deutliche
Wirkungsgradvorteile zu erzielen.
Es kann jeweils eine Anordnung von Schaltwellen in nur einem
Ansaugluftplenum vorgesehen sein, es ist aber auch möglich
mehrere Schaltwellen nebeneinander und in Längsrichtung
hintereinander anzuordnen. Eine solche Bauweise reduziert die
Bauhöhe und ermöglicht ein extremes Spektrum für die Luftwege
(extrem lange und sehr kurze Luftwege).
Der Stellantrieb für die Verstellung der Schaltwellen kann
direkt mit der Bewegung der Drosselklappe, mit einem separaten
elektrischen Stellmotor oder mit einer Unterdruckdose über den
im Plenum vorliegenden Unterdruck erfolgen. Die Ansteuerung der
Schaltwellen kann von der Seite erfolgen, auf der die
Drosselklappeneinrichtung gelegen ist, von der
gegenüberliegenden Seite des Plenums oder von außen über
einzelne Steuerräder. Entsprechend der gewünschten
Luftsteuerung und der erforderlichen Luftmenge kann es
erforderlich sein, daß die Verstellgeschwindigkeit der
Schaltwelle oder die Stellung der Schaltwelle über ein
Zwischengetriebe verändert wird. Ein solches Zwischengetriebe
kann jeweils zwischen den Steuerwellen für die Schaltwellen und
dem eigentlichen Stellantrieb (Drosselklappe, elektrischer
Stellmotor, Unterdruckdose) angeordnet sein.
Vorzugsweise ist der radial äußere Wandungsabschnitt stationär
in einem Gehäuse des Ansaugsystems ausgebildet und der radial
innere Wandungsabschnitt ist von einer drehbar im Gehäuse
gelagerten schneckenartigen Schaltwelle gebildet, wobei eine
Stelleinrichtung vorgesehen ist, um die Schaltwelle in
vorgebbare Winkelpositionen zu drehen.
Die drehbar gelagerte schneckenartige Schaltwelle, deren
Krümmung von einem Abschnitt mit konstantem Radius im Bereich
des Ansaugverteilerraums und einem Abschnitt mit zunehmendem
Radius ausgehend von der Lufteintrittsöffnung im Bereich des
Ansaugverteilerraums in Richtung Lufteinlaß bestimmt ist, wobei
der radial äußere Wandungsabschnitt einen im wesentlichen
gleichbleibenden Radius aufweist, sorgt dafür, daß eine
Verdrehung der schneckenartigen Schaltwelle eine Verlängerung
des Lufteinlaßkanals unter Beibehaltung der sich insgesamt
verjüngenden Querschnittsgestalt des Lufteinlaßkanals von der
Lufteintrittsöffnung zum Lufteinlaß bewirkt.
Vorzugsweise ist die Stelleinrichtung von einem Stellantrieb
betätigbar und der Stellantrieb ist von einem Stellorgan in
Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugplenum beaufschlagt.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Stelleinrichtung
vorzugsweise von einem Stellantrieb betätigbar und der
Stellantrieb ist von einem Stellorgan in Abhängigkeit von der
Winkelstellung einer Drosselklappe im Ansaugtrakt der
Brennkraftmaschine beaufschlagt.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform ist die
Stelleinrichtung von einem Stellantrieb betätigbar und der
Stellantrieb ist von einem Stellorgan in Abhängigkeit von einem
elektrischen Stellsignal beaufschlagt, das von einer
elektronischen Regelungseinheit (Motormanagement) für die
Brennkraftmaschine erzeugt wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Ansaugsystem für eine
Brennkraftmaschine mit mehreren nicht in Reihe, sondern
versetzt zueinander angeordneten Brennkammern ist eine erste
Drehwelle vorgesehen, die den Stellantrieb mit der drehbar
gelagerten schneckenartigen Schaltwelle des Ansaugsystems für
eine erste Gruppe von Brennkammern verbindet, und es ist eine
zweite, gegenläufig zur ersten Drehwelle drehende Drehwelle
vorgesehen, die den Stellantrieb mit der jeweiligen drehbar
gelagerten schneckenartigen Schaltwelle des Ansaugsystems für
eine zweite Gruppe von Brennkammern verbindet. Bei nicht in
Reihe, sondern versetzt zueinander, angeordneten Brennkammern,
wie dies beispielsweise bei einem V-Motor der Fall ist, müssen
die beiden Drehwellen der jeweiligen Gruppe von Brennkammern
gegenläufig drehen, das heißt mit unterschiedlichem Drehsinn,
damit jede Brennkammer die gleiche Luftmenge erhält. Im
Gegensatz dazu reicht bei Reihenmotoren grundsätzlich eine
Drehwelle aus, da nur eine Zylinderreihe mit der jeweils
angesteuerten Luftmenge versorgt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Ansaugsystem entlang der
Linie I-I in Fig. 3;
Fig. 1a bis 1c jeweils eine Ansicht gemäß Fig. 1, wobei
die schneckenartige Schaltwelle
unterschiedliche Winkelpositionen einnimmt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer
schneckenartigen Schaltwelle;
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf
das erfindungsgemäße Ansaugsystem;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines
Unterdruck-Verstellmechanismus' und
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf
ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem mit
einem alternativen Verstellmechanismus;
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform mit zwei
nebeneinander gelegenen und
strömungsmechanisch in Reihe geschalteten
Schaltwellen;
Fig. 7 eine weitere alternative Ausführungsform
mit seitlich zueinander versetzt
angeordneten Ansaugluftplenen in der
Draufsicht;
Fig. 8 eine Draufsicht auf einen alternative
Ausführungsform für den Einsatz bei einem
Reihenmotor.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem vertikal
geschnitten wiedergegeben und in den Fig. 1a bis 1c in drei
unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt. Im
vorliegenden Beispiel ist das Ansaugsystem für eine
Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylindern gezeigt.
Das Ansaugsystem besteht aus einer Anzahl von
Ansaugvorrichtungen 1, von denen jede jeweils einem Zylinder
der in den Figuren nur schematisch dargestellten
Brennkraftmaschine 2 zugeordnet ist. Das Ansaugsystem besitzt
ein den Ansaugvorrichtungen aller Zylinder gemeinsames Gehäuse
3, welches die Außenwandung der jeweiligen Ansaugvorrichtungen
bildet. Wie in Fig. 1 und auch in Fig. 3 zu sehen ist, sind
einander benachbarte Ansaugvorrichtungen 1, 1', 1'' jeweils
abwechselnd um eine Vertikalachse gespiegelt entsprechend der
Zylinderlage der in diesem Beispiel V-förmigen
Brennkraftmaschine angeordnet. Da die einzelnen
Ansaugvorrichtungen prinzipiell gleich aufgebaut sind, wird
nachfolgend nur die in Fig. 1 geschnitten dargestellte
Ansaugvorrichtung 1 beschrieben und diese Beschreibung gilt für
die anderen Ansaugvorrichtungen entsprechend.
Die Ansaugvorrichtung 1 weist einen vom Gehäuse 3 gebildeten
äußeren Wandungsabschnitt 10 und eine innere schneckenartig
ausgebildete Schaltwelle 12 auf.
Der äußere Wandungsabschnitt 10 der Ansaugvorrichtung 1 besitzt
eine über den größten Teil seines Umfangs kreisförmige Kontur
mit im wesentlichen konstantem Radius. Tangential eingesetzt in
den äußeren Wandungsabschnitt 10 ist ein als Ansaugtulpe
ausgebildeter Ansaugstutzen 14, der von der Ansaugvorrichtung 1
zur Brennkraftmaschine 2 verläuft und eine Fluidverbindung
zwischen dem Inneren der Ansaugvorrichtung 1 und dem Lufteinlaß
für die dieser Ansaugvorrichtung zugeordnete Brennkammer
bildet. Der Querschnitt des Ansaugstutzens 14 verjüngt sich von
der Mündung des Ansaugstutzens 14 in die Ansaugvorrichtung 1
hin zum Lufteinlaß 16, so daß der Ansaugstutzen 14
"trompetenartig" ausgebildet ist.
Auf der Innenseite der Wandung 10 ist ein ringförmig
angeordneter, wannenartiger Umlaufkanal 18 ausgebildet, der von
dem in die Ansaugvorrichtung 1 eingreifenden Wandungsabschnitt
14'' des Ansaugstutzens 14 bis zu dessen Mündung 14' verläuft
und dort in die Kontur des Ansaugstutzens 14 übergeht. Der
wannenartige Umlaufkanal 18 besitzt eine im Querschnitt
(senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1a bis 1c) im wesentlichen
halbkreisförmige Kontur, die mit der nachfolgend noch
beschriebenen Außenkontur der Schaltwelle 12 einen rohrförmigen
Ringkanal 19 bildet.
Die schneckenartige Schaltwelle 12 ist in Fig. 2 in räumlicher
Perspektive dargestellt. Sie besteht aus einem sich über etwa
135° erstreckenden ringförmigen, wannenartigen
Wandungsabschnitt 20, der zusammen mit dem Umlaufkanal 18 den
vorgenannten rohrförmigen Ringkanal 19 bildet, wobei der
Wandungsabschnitt 20 eine im Querschnitt (senkrecht zur
Zeichenebene der Fig. 1a bis 1c) im wesentlichen
halbkreisförmige Kontur aufweist. In dem nicht vom ringförmigen
Wandungsabschnitt 20 eingenommenen Umfangsbereich der
Schaltwelle 12 ist ein bogenförmig verlaufender, rohrförmiger
Ansaugabschnitt 22 ausgebildet, der eine Lufteintrittsöffnung
24 besitzt, die radial innerhalb des ringförmigen
Wandungsabschnitts 20 in das dort gebildete Ansaugplenum 26
mündet. An seinem anderen Ende weist der Ansaugabschnitt 22
eine Mündungsöffnung 28 auf, die je nach Stellung der
Schaltwelle in den vom Umlaufkanal 18 und vom ringförmigen
Wandungsabschnitt 20 gebildeten rohrförmigen Ringkanal 19 oder
unmittelbar in den Ansaugstutzen 14 mündet.
Die radial äußere Wandung des Ansaugabschnitts 22 verläuft
bogenförmig mit zunehmendem Durchmesser ausgehend von einem
Durchmesser im Bereich der Lufteintrittsöffnung 24, der im
wesentlichen dem Innendurchmesser des ringförmigen
Wandungsabschnitts 20 entspricht, bis zu einem Durchmesser im
Bereich der Mundungsöffnung 28, der im wesentlichen dem
Durchmesser des Umlaufkanals 18 entspricht. Die radial innere
Wandung des Ansaugabschnitts 22 verläuft zwischen einem
Lageraugenabschnitt 30 im Zentrum der Schaltwelle 12 zum
ringförmigen Wandungsabschnitt 20 im Bereich der
Mündungsöffnung 28. Der Querschnitt des Ansaugabschnitts 22
verjüngt sich dabei von der Lufteintrittsöffnung 24 zur
Mündungsöffnung 28, so daß auch der Ansaugabschnitt 22
"trompetenartig" ausgebildet ist. Die Wirksamkeit des
Ansaugsystems wird insbesondere durch die relativ lange
Lufteinlaßtulpe (das ist der Abschnitt der Schaltwelle 12 von
der Lufteintrittsöffnung 24 bis zur Mündungsöffnung 28)
bewirkt, die sich verjüngt, sowie durch den vom
Lageraugenabschnitt 30 gebildeten Lufteinlaßradius. Die Wandung
des radial inneren Ansaugabschnitts 22 geht im Bereich der
Lufteintrittsöffnung 24 kontinuierlich in die Außenkontur des
Lageraugenabschnitts 30 über, so daß hier eine aerodynamische
Idealkontur gebildet wird. Der Durchmesser der Luftsäule nimmt
dadurch kontinuierlich ab und die schwingende Luftsäule wird
nicht gestört. Der Weg der Ansaugluft ist in Fig. 1 schematisch
durch einen Pfeil dargestellt.
Da der Querschnitt der Mündungsöffnung 28 im wesentlichen dem
Querschnitt der Mündung 14' des Ansaugstutzens 14 entspricht,
wird in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung, in der die
Mündungsöffnung 28 an der Mündung 14' anliegt, vom
Ansaugstutzen 14 und vom Ansaugabschnitt 22 ein Lufteinlaßkanal
32 geschaffen, dessen Querschnitt sich, ausgehend von der
Mündungsöffnung 28 bis zum Lufteinlaß, zunehmend verjüngt und
über seine gesamte Länge "trompetenartig" ausgebildet ist.
Die als Laufrad ausgebildete schneckenartige Schaltwelle 12 ist
im Inneren der Ansaugvorrichtung 1 mittels ihres
Lageraugenabschnitts 30 um eine Längsachse 30' frei drehbar auf
einer ersten Drehwelle 34 gelagert. Dazu ist die erste
Drehwelle 34, die von einem Stellantrieb 36 über ein
Zwischengetriebe 37 in Drehung versetzt wird, drehfest in den
Lageraugenabschnitt 30 eingesetzt. Auf diese Weise kann die
schneckenartige Schaltwelle 12 stufenlos ein Vielzahl
unterschiedlicher Winkelpositionen einnehmen, von denen in den
Fig. 1a bis 1c drei Winkelpositionen wiedergegeben sind.
Sowohl das Gehäuse 3 des Ansaugsystems als auch die einzelnen
Schaltwellen 12 sind vorzugsweise als Kunststofformteile
ausgebildet, wobei die jeweiligen Lageraugenabschnitte 30 mit
einem Metalleinsatz versehen sind, um die Verschleißfestigkeit
in diesem Bereich zu erhöhen.
Während in den Fig. 1 und 1a die Schaltwelle 12 eine
Winkelposition einnimmt, in der der Lufteinlaßkanal 32 zwischen
der Lufteintrittsöffnung 24 und dem Lufteinlaß 16 eine minimale
Länge einnimmt, zeigt Fig. 1b eine Zwischenposition mit etwa
mittlerer von der Ansaugluft durchströmte Länge des
Lufteinlaßkanals 32, und Fig. 1c zeigt eine Stellung der
Schaltwelle 12, in der eine im wesentlichen maximale von der
Ansaugluft durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals 32 erzielt
wird. In den in den Fig. 1b und 1c gezeigten Positionen wird
der Strömungsweg, der die Mündungsöffnung 28 des
Ansaugabschnitts 22 mit der Mündung 14' des Ansaugstutzens 14
verbindet, vom rohrförmigen Ringkanal 19 gebildet.
Um die schneckenartige Schaltwelle 12 in ihren
unterschiedlichen Drehstellungen gegenüber dem äußeren
Wandungsabschnitt 10 abzudichten, sind im Bereich des in die
Ansaugvorrichtung 1 eintretenden Wandungsabschnitts 14'' des
Ansaugstutzens 14 und im Bereich des Außenumfangs, der
Schaltwelle 12 der Mündungsöffnung 28 benachbart,
Dichtungspakete 38, 40 vorgesehen. Das Dichtungspaket 38 im
Bereich des Wandungsabschnitts 14'' des Ansaugstutzens 14 dient
gleichzeitig als Puffer, um die Schaltwelle 12 in ihrer
Bewegung im Uhrzeigersinn abzufedern und um ein Anschlagen der
Mündungsöffnung 28 an die Mündung 14' zu verhindern.
In Fig. 1 ist weiterhin ein Frischluftkanal 15 dargestellt, der
zwischen der Wandung des Ansaugstutzens 14 und der Außenwandung
des Gehäuses 3 gelegen ist und im wesentlichen achsparallel
verläuft. Der Frischluftkanal 15, steht in Fluidverbindung mit
dem Luftansaugrohr vor der Drosselklappe, so daß über den
Frischluftkanal 15 Frischluft auch bei geschlossener
Drosselklappe (im Leerlaufbetrieb) zugeführt werden kann. Die
Frischluft tritt aus dem Kanal 15 bei Bedarf unmittelbar in den
Ansaugstutzen 14 ein, wozu in Fig. 1 schematisch eine Klappe 17
gezeigt ist, die bei Öffnung eine Verbindung zwischen dem
Frischluftkanal 15 und dem Inneren des Ansaugstutzens 14
freigibt. Selbstverständlich kann anstelle der schematisch
dargestellten Klappe 17 jede andere bekannte Art eines
Öffnungs-Verschluß-Mechanismus' vorgesehen sein, wobei dieser
Mechanismus gesteuert antreibbar ist und wozu die Steuerung
über beispielsweise das Motormanagement erfolgt.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem in einer
teilweise geschnittenen Draufsicht gezeigt. Dabei ist deutlich
die jeweils halbkreisförmige Querschnittsgestalt des
Umlaufkanals 18 im Gehäuse 3 und des ringförmigen
Wandungsabschnitts 20 der Schaltwelle 12 zu erkennen, die
abschnittsweise gemeinsam den rohrförmigen Ringkanal 19 bilden.
Die jeweilige Querschnittsgestalt des Umlaufkanals 18 und des
ringförmigen Wandungsabschnitts 20 kann aber auch so gestaltet
sein, daß sich für den rohrförmigen Ringkanal 19 ein
elliptischer oder ein im wesentlichen rechteckiger Querschnitt
ergibt.
Weiterhin ist in Fig. 3 zu sehen, daß die erste Drehwelle 34
als Hohlwelle ausgebildet ist, in welcher eine zweite Drehwelle
42 mit gegenläufigem Drehsinn gelagert ist. Die erste Drehwelle
34 ist über entsprechende Verbindungskeile 34' auf bekannte
Weise mit den jeweiligen Lageraugenabschnitten 30 der
zugehörigen Schaltwellen 12 der einer ersten Reihe von
Zylindern zugeordneten Ansaugvorrichtungen 1, 1'' drehfest
verbunden. Die zweite Drehwelle 42 ist mittels entsprechender
Keilverbindungen 42' mit den Lageraugenabschnitten 30'' der
entsprechenden Schaltwellen 12' der der zweiten Reihe von
Zylindern zugeordneten Ansaugvorrichtungen 1' drehfest
verbunden. Die Keilverbindungen 42' der inneren zweiten
Drehwelle 42 treten dabei durch Fenster 43'' hindurch, die im
Umfang der ersten Drehwelle 34 ausgespart sind. Die beiden
Pfeile v und w symbolisieren den unterschiedlichen Drehsinn der
beiden gegenläufigen Drehwellen 34 und 42.
Auf diese Weise wird erreicht, daß mittels der beiden
gegenläufigen Wellen die jeweils um 180° versetzt zueinander
angeordneten Schaltwellen einander benachbarter
Ansaugvorrichtungen im Sinne einer gleichwirkenden Verlängerung
oder Verkürzung des zugeordneten Lufteinlaßkanals 32 verstellt
werden können.
Die Drehwellen 34 und 42 sind Teil einer Stelleinrichtung 48,
die auch den Stellantrieb 36 umfaßt. Der Stellantrieb 36 kann
beispielsweise über eine Seilrolle und ein entsprechendes
Zwischengetriebe von der Drosselklappe 44 beaufschlagt werden
oder über ein elektronisches Gaspedal (E-Gas-System) mittels
eines Servomotors beaufschlagt werden. Die Drehwellen 34 und 42
bestehen aus Metall.
In Fig. 3 ist schematisch auch eine Drosselklappe 44 gezeigt,
die in einem Luftansaugrohr 46 in bekannter Weise angeordnet
ist, wobei das Luftansaugrohr 46 eine Fluidverbindung zum
Ansaugplenum 26 im Inneren des Ansaugsystems 1 bildet. Die
Drosselklappe 44 beaufschlagt ein Stellglied 45 entweder direkt
oder über ein Zwischengetriebe, wobei das Stellglied 45
wiederum den Stellantrieb 36 beaufschlagt.
Eine andere Alternative des Antriebs der Stelleinrichtung ist
in Fig. 4 darstellt. Dort betätigt eine Unterdruckdose 50, die
in bekannter Weise mit dem Ansaugplenum 26 in Fluidverbindung
steht, eine ringförmige Kulisse 52, die in einem Kulissenkörper
54 ausgebildet ist. Der Kulissenkörper 54 steht über eine
Stößelstange 56 mit einer Membran 58 der Unterdruckdose 50 in
Verbindung, so daß eine Verlagerung der Membran 58 innerhalb der
Unterdruckdose 50, die von einer Druckänderung im Ansaugplenum
26 hervorgerufen wird, unmittelbar eine Verschiebung der
Stößelstange 56 und damit eine Verschiebung des Kulissenkörpers
54 mit der ringförmigen Kulisse 52 bewirkt. Der Kulissenkörper
54 umgibt die Drehwellen 34 und 42, wobei an jeder der
Drehwellen 34, 42 ein Kniehebel 60, 62 angebracht ist, der an
seinem freien Ende jeweils eine Führungsrolle 60', 62' besitzt,
die in der ringförmigen Kulisse 52 verfahrbar geführt sind. Die
Kniehebel 60, 62 sind dabei bezüglich einer durch die
Stößelstange 56 gehenden Vertikalebene E spiegelsymmetrisch
angeordnet, so daß eine Verschiebung der Stößelstange und damit
der ringförmigen Kulisse 52 eine gegenläufige, gleichgroße
Verdrehung der Drehwellen 34 und 42 erzeugt. Die Kulisse 52 ist
in Fig. 4 zur Vereinfachung etwa kreisringförmig gezeichnet,
wobei sie in der Praxis jedoch eine elliptische oder
hyperbolische, also nichtkreisförmige Ringgestalt haben dürfte.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Ansaugsystems ist in Fig. 5 dargestellt. Dort sind die
Ansaugvorrichtungen 1, 1' lateral zueinander versetzt
angeordnet, so daß die Drehachsen 64, 66 der zugeordneten
Schaltwellen nicht auf einer gemeinsamen Achse liegen, sondern
bezüglich einer Mittelebene F seitlich versetzt liegen.
Angetrieben werden die Drehachsen 64 und 66 jeweils durch
außenliegende Drehwellen 68, 70, die jeweils über ein
Zwischengetriebe 72, 74 mit der zugeordneten Drehachse 64, 66
gekoppelt sind. Die Drehwellen 68 und 70 sind jeweils einer
Reihe von Zylindern zugeordnet und entsprechen ihrer Funktion
den Drehwellen 34 und 42 der ersten Ausführungsform.
In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei
der zwei Schaltwellen der in Verbindung mit Fig. 1
beschriebenen Art nebeneinander angeordnet sind und bei der
zwei parallel gelegene Ansaugluftplenen vorgesehen sind. Diese
Bauart ist dann vorteilhaft, wenn für den Einbau nur eine
geringe Höhe vorhanden ist.
Der in Fig. 6 rechts dargestellte erste Gehäuseabschnitt 76
nimmt eine erste Schaltwelle 80 auf und der in Fig. 6 links
dargestellte zweite Gehäuseabschnitt 78 nimmt eine zweite
Schaltwelle 82 auf. Der zweite Gehäuseabschnitt 78 geht in den
Ansaugstutzen 84 über. Der erste Gehäuseabschnitt 76 und der
zweite Gehäuseabschnitt 78 sind über einen rohrförmigen
Verbindungskanal 86 miteinander verbunden, wobei die Mündung
des Verbindungskanals 86 in den zweiten Gehäuseabschnitt 78 von
einer Klappe 88 verschließbar ist. Die Klappe 88 ist von der
Mündung 82' der zweiten Schaltwelle 82 betätigbar. Die beiden
Schaltwellenanordnungen sind bezüglich ihrer
Endanschlagpositionen winkelmäßig um etwa 90° versetzt
angeordnet.
Die erste Schaltwelle 80 steuert den langen Luftweg vom
Ansaugplenum zum Ansaugstutzen 84 bis zu dem Punkt, an dem die
Mündung 80' der ersten Schaltwelle 80 an den rohrförmigen
Verbindungskanal 86 anstößt. Der Antrieb der ersten Schaltwelle
80 und der zweiten Schaltwelle 82 ist so aufeinander
abgestimmt, daß in dem Zeitpunkt, in dem die Mündung 80' der
ersten Schaltwelle 80 an dem Verbindungskanal 86 anliegt, die
zweite Schaltwelle 82 in Berührung mit der Klappe 88 gerät,
diese bei Weiterdrehung der zweiten Schaltwelle 82 anhebt und
dadurch die Öffnung des Verbindungskanals 86 verschließt, so daß
ab diesem Augenblick nur noch der kurze Luftweg durch die
zweite Schaltwelle 82 zur Verfügung steht. Auf diese Weise ist
eine stufenlose Luftwegsteuerung von einem sehr langen Luftweg
zu einem äußerst kurzen Luftweg möglich.
Die erste Schaltwelle 80 und die zweite Schaltwelle 82 können
getrennt vom elektrischen Motormanagement oder einem anderen
Stellglied angesteuert werden. Auch können beide Schaltwellen
80, 82 über ein außenliegendes Zahnrad eines gemeinsamen
Getriebes angesteuert werden, wodurch nur eine Steuerwelle
erforderlich ist und die andere Welle nur das zweite Laufrad in
Position hält.
In Fig. 7 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei
der die Schaltwellen 90; 92 zweier benachbarter Zylinder eines
V-Motors aufgrund der Motorbreite seitlich zueinander versetzt
so angeordnet sind, daß ihre jeweiligen Antriebswellen 90', 92'
einen seitlichen Abstand zueinander aufweisen. Hierbei können
zwei getrennte Ansaugluftplenen oder ein gemeinsames breites
Ansaugluftplenum vorgesehen sein.
Fig. 8 zeigt schematisch die Anordnung dreier Schaltwellen 94,
96, 98 dreier nebeneinander liegender Zylinder eines
Reihenmotors in der Draufsicht. Der Aufbau des Ansaugsystems
für einen Reihenmotor entspricht dabei grundsätzlich dem
vorstehend für einen V-Motor beschriebenen Typ, wobei jedoch
die in Bezug auf Fig. 3 dargestellte gespiegelte Ausrichtung
zweier benachbarter Schaltwellen nicht erforderlich ist.
Bei Boxermotoren sind grundsätzlich zwei getrennte
Ansaugluftplenen vorgesehen, so daß in jedem Plenum der Luftweg
separat über dort vorgesehene Schaltwellen gesteuert werden
muß, wobei die Steuerung der beiden Schaltwellenanordnungen in
jedem Plenum aber aufeinander abgestimmt gleichzeitig erfolgen
muß, ähnlich wie dies in Fig. 7 schematisch dargestellt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem ist es möglich, eine
optimale Anpassung der Länge des Lufteinlaßkanals eines jeden
Zylinders einer Brennkraftmaschine an den entsprechenden
Betriebszustand anzupassen, wobei bei niedrigen Drehzahlen oder
geringer Motorleistung ein langer Lufteinlaßkanal gebildet und
damit ein langer Strömungsweg für die anzusaugende Luft
geschaffen wird. Wird über das Gaspedal eine höhere Leistung
angefordert (höhere Drehzahlen), so wird die Schaltwelle in
Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung in Richtung auf den
Ansaugstutzen gedreht (in der Darstellung in Fig. 1 im
Uhrzeigersinn), so daß der Strömungsweg für die Ansaugluft, also
die Länge des Lufteinlaßkanals 32, stufenlos verkürzt wird.
Dadurch wird eine kontinuierliche Leistungsanpassung ermöglicht
und Leistungseinbrüche, wie sie bei mehrstufig arbeitenden
Systemen auftreten, werden vermieden.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel
beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des
Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als
die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die
Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die
eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der
Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den
Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der
Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
1
Ansaugvorrichtung
1
' Ansaugvorrichtung
1
'' Ansaugvorrichtung
2
Brennkraftmaschine
3
Gehäuse
10
Äußerer Wandungsabschnitt
12
Schneckenartigen Schaltwelle
12
' Schaltwelle
14
Ansaugstutzen
14
' Mündung
14
'' Wandungsabschnitt
15
Frischluftkanal
16
Lufteinlaß
17
Klappe
18
Umlaufkanal
19
Rohrförmiger Ringkanal
20
Ringförmiger Wandungsabschnitt
22
Ansaugabschnitt
24
Lufteintrittsöffnung
26
Ansaugplenum
28
Mündungsöffnung
30
Lageraugenabschnitt
30
' Längsachse
30
'' Lageraugenabschnitt
32
Lufteinlaßkanal
34
Erste Drehwelle
34
' Keilverbindung
34
'' Fenster
36
Stellantrieb
37
Zwischengetriebe
38
Dichtungspaket
40
Dichtungspaket
42
Zweite Drehwelle
42
' Keilverbindung
44
Drosselklappe
45
Stellglied
46
Luftansaugrohr
48
Stelleinrichtung
50
Unterdruckdose
52
Ringförmige Kulisse
54
Kulissenkörper
56
Stößelstange
58
Membran
60
Kniehebel
60
' Führungsrolle
62
Kniehebel
62
' Führungsrolle
64
Drehachse
66
Drehachse
68
Drehwelle
70
Drehwelle
72
Zwischengetriebe
74
Zwischengetriebe
76
erster Gehäuseabschnitt
78
zweiter Gehäuseabschnitt
80
erste Schaltwelle
82
zweite Schaltwelle
82
' Mündung
84
Ansaugstutzen
86
Verbindungskanal
88
Klappe
90
Schaltwelle
90
' Antriebswelle
92
Schaltwelle
92
' Antriebswelle
94
Schaltwelle
96
Schaltwelle
98
Schaltwelle
Claims (6)
1. Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest
einer Brennkammer, die einen Lufteinlaß (16) und einen
Gasauslaß aufweist, mit einem jeder Brennkammer
zugeordneten Lufteinlaßkanal (32), der an seinem einen
Ende in den Lufteinlaß (16) mündet und der an seinem
anderen Ende eine Lufteintrittsöffnung (24) aufweist,
wobei der Lufteinlaßkanal (32) gekrümmt ist und einen
radial äußeren Wandungsabschnitt (10) sowie einen radial
inneren Wandungsabschnitt (20) umfaßt und wobei die
durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals (32) zwischen der
Lufteintrittsöffnung (24) und dem Lufteinlaß (16)
veränderbar ist
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Lufteinlaßkanal (32) eine sich von der Lufteintrittsöffnung (24) zum Lufteinlaß (16) verjüngende Querschnittsgestalt besitzt und
- - daß der radial innere Wandungsabschnitt (20) und der radial äußere Wandungsabschnitt (10) relativ zueinander verdrehbar ausgebildet sind, so daß die durchströmte Länge des Lufteinlaßkanals (32) stufenlos veränderbar ist.
2. Ansaugsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der radial äußere Wandungsabschnitt (10) stationär in einem Gehäuse (3) des Ansaugsystems ausgebildet ist und einen im wesentlichen konstanten Innenradius aufweist;
- - daß der radial innere Wandungsabschnitt (20) von einer drehbar im Gehäuse (3) gelagerten schneckenartigen Schaltwelle (12) gebildet ist; und
- - daß eine Stelleinrichtung (48) vorgesehen ist, um die Schaltwelle (12) in vorgebbare Winkelpositionen zu drehen.
3. Ansaugsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stelleinrichtung (48) von einem Stellantrieb (36)
betätigbar ist und daß der Stellantrieb (36) von einem
Stellorgan (50) in Abhängigkeit vom Unterdruck im
Ansaugplenum (26) beaufschlagt ist.
4. Ansaugsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stelleinrichtung (48) von einem Stellantrieb (36)
betätigbar ist und daß der Stellantrieb (36) von einem
Stellorgan in Abhängigkeit von der Winkelstellung einer
Drosselklappe (44) im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine
oder in Abhängigkeit von einem Signal eines elektronischen
Gaspedals beaufschlagt ist.
5. Ansaugsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stelleinrichtung (48) von einem Stellantrieb (36)
betätigbar ist und daß der Stellantrieb (36) von einem
Stellorgan in Abhängigkeit von einem elektrischen
Stellsignal beaufschlagt ist, das von einer elektronischen
Regelungseinheit für die Brennkraftmaschine (2) erzeugt
wird.
6. Ansaugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche für
eine Brennkraftmaschine mit mehreren nicht in Reihe,
sondern versetzt zueinander angeordneten Brennkammern,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Drehwelle (34) vorgesehen ist, die den
Stellantrieb (36) mit der jeweiligen drehbar gelagerten
schneckenartigen Schaltwelle (12) des Ansaugsystems für
eine erste Gruppe von Brennkammern verbindet und daß eine
zweite, gegenläufig zur ersten Drehwelle (34) drehende
Drehwelle (42) vorgesehen ist, die den Stellantrieb (36)
mit der jeweiligen drehbar gelagerten schneckenartigen
Schaltwelle (12') des Ansaugsystems für eine zweite Gruppe
von Brennkammern verbindet.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19820245A DE19820245C2 (de) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine |
DE19861217A DE19861217B4 (de) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | Twin Plenum-Sauganlage |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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DE19820245A1 true DE19820245A1 (de) | 1999-11-11 |
DE19820245C2 DE19820245C2 (de) | 2003-04-17 |
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---|---|
DE (1) | DE19820245C2 (de) |
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- 1998-05-06 DE DE19820245A patent/DE19820245C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19820245C2 (de) | 2003-04-17 |
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