DE2243269A1

DE2243269A1 - Luftfuehrungssystem, insb. im ansaug fuer aufeinander folgende zylinder von hubkolben-brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2243269A1
Application number: DE2243269A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Elsbett
Original assignee: ELSBETT
Current assignee: ELSBETT
Priority date: 1972-09-02
Filing date: 1972-09-02
Publication date: 1974-03-07
Also published as: JPS5732218B2; KR780000182B1; FR2199575A1; FR2199575B1; DD105866A5; HU170402B; GB1444958A; JPS4985418A; RO68684A; DE2243269C2; SE403169B; US3945349A; IT993027B

Description

Anmelder:

Ludwig E 1 s b e t t , Ing. (grad.) Günter E 1 s b e t t

8543 Hilpoltstein Industriestraße 14

Vertreter:

Fritz M e r t e η Patent- und ZivilIngenieur

8501 Schv/arzenbruck bei Nürnberg Brückkanalstraße 25

Zustellungsbe-

vollmächtigter: siehe Vertreter

Titel "Luftführungssystem, insb. im Ansaug für aufeinander folgende Zylinder von Hubkolben-Brennkraftmaschinen"

28.8.1972 iae/sn

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Luftführungssystem, insb. im Ansaug,für aufeinander folgende Zylinder von Hubkolben-Brennkraftnaschinen mit jeweils mindestens einer zu einer Sammelleitung für einige zu einer Gruppe zusammengefaßten Zylindern führenden .Stichleitung, wobei jede Stichleitung zwischen der Sammelleitung und einen ihr zugeordneten Zylinder angeordnet ist und die Stichleitungen unter sich gleiche oder annähernd gleiche Länge sov/io im Bereich der jeweiligen Ventilsitzöffnung zum Zylinder drallbildende Organe für durch sie zu führende Luftraassen aufweisen.

Zum Erhöhen der Leistung einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Dieselmotor, ist es notv/endig, neben einer Reihe von Maßnahmen auch dem Luftführungssystem, insb. im Ansaug, eine besondere Bedeutung beizumessen, um dadurch die der Verbrennung zuzuführende Luftmenge so in den Brennraum einzuführen, daß eine optimale Durchmischung der Verbrennungsluft mit dem vorhandenen Kraftstoff erfolgen kann und zum andern das Mengenverhältnis zwischen Kraftstoff und Luft so abgestimmt ist, daß so viel Luft verbrannt wird, v.'ie Kraftstoff dieser zur Verfügung steht. Um dabei die zur Verfugung zu stellende Luftmenge der entsprechenden Kraftstoffmenge anzupassen, ist es bekannt, insb. im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, Auflademittel vorzuschalten, um mit diesen die Liefermenge der durch die Ansaugleitung zu fahrenden Luft zu erhöhen. Diese Auflademittel können dabei als Lüfterräder, Turbolader oder Fahrtwind ausnutzende Leitvorrichtungen ausgebildet sein.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine mit einem dem Zuführen einer erhöhten Luftmenge dienenden Luftführungssystem im Ansaug sind die einzelnen Zylinder- bzw. Brennräume der Brennkraftmaschine über kürzere Verbindungsleitungen, sogenannten Stichleitungen, mit einer, mehreren Zylindern zugeordneten, gemeinsamen Sammelleitung verbunden. Diese

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Stichleitunken weisen dabei unterschiedliche Länge auf und sind über einen, ebenfalls geneinsamen Stutzen an der Sammelleittmg angeschlossen. Die gemeinsame Sammelleitung ist dabei konisch ausgeführt und weist ihre kleinere Öffnung am Stutzen der Stichleitungen und ihre größere Öffnung an ihrem einem Lüfterrad zugewandten Ende auf. Das Lüfterrad, welches von der Brennkraftmaschine selbst angetrieben wird, rotiert vor der großen Öffnung der Sammelleitung, und es 1st das Lüfterrad selbst zwischen der Brennkraftmaschine und einem dieser vorgeschalteten Kühler angeordnet. Der Raum zwischen Kühler und Brennkraftmaschine, in dem das Lüfterrad umläuft, ist frei von Umbauten, und es ist lediglich ein Stutzen des Kühlers, über den gekühlter Fahrtwind geführt wird, vor der großen Öffnung der Sammelleitung so angeordnet, daß auch ein Teil des Fahrtwindes über diesen Stutzen in die Sammelleitung gelangt. Zwar wird bei dieser Brennkraftmaschine eine konische Sammelleitung verwendet, welche in der Lage wäre, eine größere Luftmenge auf kleinerem axialen Raum zur Verfügung zu halten, indessen kann diese Luftmenge, entsprechend der Taktfolge, nicht bei allen Ansaugtakten schnell genug in den Brennraum angesaugt werden, weil in der strömungstechnisch ungünstigen Anordnung und Ausbildung der Stichleitungen ein Großteil der kinetischen Energie des Saughubes des Kolbens verloren geht. Dadurch wird der Brennraum nicht optimal mit Frischluft gefüllt, so daß bei zu wenig vorhandener Frischluft der Kraftstoff vielfach zu Ruß verbrennt oder bei zu viel vorhandener Frischluft an der Brennstelle ausreichend viel Sauerstoff, insbesondere für NO -Reaktionen zur Verfügung steht, so daß in beiden Fällen mit einer Verschlechterung der Abgase gerechnet werden muß (DT-PS 864 479).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Luftführungssystem, insb. im Ansaug, einer Hubkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem in allen Drehzahlbereichen noch vor Beendigung des Ansaughubes die optimale Zylinderfüllung durch hohe Beschleunigung der Luftmenge im Luftführungssystem

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erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Luftführungssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Querschnitt desselben, bestehend aus Stichleitungen und einer gemeinsamen Sammelleitung, bereits ab der Ventilsitzöffnung stetig erweitert ist und der Abstand von der Ventilsitzöffnung bis zum Ende des Luftführungssystems für jeden Zylinder gleich bis annähernd gleich ist.

Durch diese Maßnahmen wird auf einfache V/eise erreicht, daß der Liefergrad an Frischluft für jeden Brennraum auf einfache Weise zur Optimierung des Verbrennungsablaufes gewährleistet wird, so daß die Verbrennung auch mit weniger anfallendem, schädlichen Abgas erfolgen kann. Durch die Konizität des Luftführungssystems ab der Ventilsitzöffnung bis zur Einlaßöffnung des Systems wird die Einströmgeschwindigkeit der Luftsäule erhöht, weil die weiter von der Ventilsitzöffnung entfernte Luft nicht so hoch beschleunigt wird. Mit der hohen Einströmgeschwindxgkeit wird erreicht, daß der Zylinder - im Gegensatz zur Schwingungsaufladung - noch vor Beendigung des Ansaughubes des Kolbens gefüllt wird, was wiederum für die Drallordnung im Zylinder von größter Yfichtigkeit ist. Außerdem wird durch die gute Füllung des Zylinders und den geordneten Mischvorgang eine bessere Verbrennung erzielt, die wiederum eine Steigerung der Leistung bei geringer, anfallendem schädlichen Abgas ermö^rglicht. Versuche haben bestätigt, daß die Füllung des Zylinders ohne Bedeutung mehr ist. Es wurde außerdem gefunden, daß die der erfolgten Beschleunigung vielfach nachfolgende Schwingung der Luftsäule für die Füllung des Zylinders bzw. Brennraumes auch ohne Bedeutung ist. Eine optimale Beschleunigung der vor dem Zylinder bzw. Brennraum anstehenden Luftsäule kann besonders dann erzielt werden, wenn das Einlaßventil erst dann geöffnet wird, wenn der Restgasdruck im Zylinder bzw. Brennraum unter dem Druck der Luftsäule im Luftführungssystem des Ansaugs abgebaut ist.

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Außerdem kann sich der vom Kolben aufgebrachte Unterdruck als Beschleunigungsenergie vollständig auf die Luftsäule im Luftführung s sy st em auswirken, da kein die Energie des Saughubes verbrauchender Kanalengpaß vorliegt.

Es wurde ferner festgestellt, daß die Einwirkungszeit des Unterdrucks durch den Saughub des Kolbens auf die Beschleunigung der im Luftführungssystem, in diesem Fall im Ansaug, befindlichen Luftsäule mit der Entfernung vom Einlaßventil wegen der endlichen Schallgeschwindigkeit abnimmt. Daraus ergibt sich, daß die höchstmögliche Beschleunigung der Luftsäule auf hohe Geschwindigkeit nur in Ventilnähe,, d.h. in der Nähe der Ventilsitzöffnimg, möglich ist.

Um aber dieser Erkenntnis im gesamten Luftführungssystern Rechnung zu tragen, wurde gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Querschnitt des Luftführungssystems, d.h. der Stichleitungen und der gemeinsamen Sammelleitung, quadratisch mit zunehmendem Abstand von der Ventilsitzöffnung in dem Maß vergrößert, wie die zeitliche Einwirkung des Unterdruckes, d.h. der Unterdruckwelle des Kolbens, mit zunehmendem Abstand von der Ventilsitzöffnung abnimmt. Dadurch wird der Querschnitt der Ansaugleitung an dem der Ventilsitzöffnung zugewandten Ende kleiner als an dem der Ventilsitzöffnung abgewandten Ende, z.B. am Ausgleichsbehälter, gehalten. Ungeachtet dessen müssen die Rohrlängen von der Ventilsitzöffnung bis zur großen Öffnung der Sammelleitung für jeden Zylinder gleich lang ausgeführt v/erden, damit für den jeweiligen Saughub gleiche Verhältnisse vorliegen.

Zwar ist schon eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf vorgesehenen Einlaßkanal bekannt, bei der der Einlaßkanal sich ab einer im Bereich der Ventilsitzöffnung liegenden Engpaßstelle sowohl zum Einlaß als auch zur Ventilsitzöffnung selbst stetig erweitert, doch weist der

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Einlaßkanal bzw. das Luftführungssystem bei dieser Brennkraftmaschine keine stetige Querschnittserv/eitorunr ab der Ventilsitzöffnung bis zur endgültigen Einlaßöffnung auf, sondern schließt die Engpaßstelle in sich ein, durch die der als Beschleunigungsenergie für die Luftsäule aufgebrachte Unterdruck des saugenden Kolbens sich nicht voll auf diese Luftsäule auswirken kann (DT-AS 1 476 000).

Darüber hinaus ist es bekannt, den Liefergrad an Verbrennungsluft bei Brennkraftmaschinen dadurch zu erhöhen, daß die Schwingung der im Luftführungssystem befindlicheen Luftsäule ausgenutzt wird. Diese Luftsäule, die mit einer bestimmten Amplitude hin- und herschwingt, gelangt durch das öffnen des Einlaßventils unterstützt von der Saugkraft des Kolbens in den Zylinder. Ungeachtet dessen, daß es 'bei unterschiedlichen Drehzahlen nicht einfach ist, gleichbleibende Liefergrade bei jedem Ansaughub zu erreichen, ist es bei derartigen Systemen, um ausreichende Luftmengen vor den Einlaßventilen vorrätig zu halten, notv/end.ig, die Ansaugleitungen sehr lang auszuführen (vgl. OE-PS 181 125).

In der Zeichnung ist ein Ausfühnmgsbei spiel schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Drauf sieht auf eine Brennkraftmaschine mit r-n deren Zylindern angeschlossenen Stichleitungen und einer an diesen wiederum sich anschließenden Sammelleitung für einige aufeinander folgende Zylinder und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Stichleitung und die daran anschließende Sammelleitung mit einer air. Zylinderkopf vorgesehenen Ventilsitzöffnung. '

An einer Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 ist ein Luftführungssystem 2 angeschlossen, welches aus mehreren Stichleitungen 3 bis 5 und jeweils einer für mehrere aufeinander

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folgende Zylinder 6 zugedachten, gemeinsamen Sammelleitung gebildet wird. Die Stichleitungen 3 bis 5, die die Verbindung zwischen Zylinder 6 und Sammelleitung 7 bilden, sind zusammen mit der Sammelleitung gleich oder annähernd gleich lang von der Ventilsitzöffnung 18 bis zur Einlaßöffnung 12 ' ausgeführt und an ihren zur jeweiligen Ventilsitzöffnung β zugewandten Ende vorzugsweise mit drallbildenden Einlaßorganen 9 für die in den Zylinderraum 13 einströmenden Verbrennungsluft 10 ausgestattet. Um einen hohen Liefergrad auch bei unterschiedlichen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 zu erzielen, ist der Querschnitt der Stichleitungen 3 bis 5 und der Querschnitt der sich an diesen anschliessenden, gemeinsamen Sammelleitung 7 von der Ventilsitzöffnung 8 ab stetig erweitert, und zwar derart, daß dieser quadratisch mit zunehmendem Abstand von der Ventilsitzöffnung in dem Maß zunimmt, wie die zeitliche Einwirkung des Unterdruckes des saugenden Kolbens 11 mit zunehmendem Abstand von der Ventilsitzöffnung abnimmt.

Auf Grund durchgeführter Versuche hat sich eine Querschnittszunahme von der Ventilsitzöffnung 8 bis zur Einlaßöffnung des Luftführungssystems 2, z.B. des Luftführungssystems im Ansaug, von 1:2 ergeben, was bedeutet, daß der Querschnitt an der Ventilsitzöffnung 8 etwa halb so groß wie der an der Einlaßöffnung 12 ist. Die Einlaßöffnung 12 der Sammelleitung 7 kann in einen mehrere Sammelleitungen zusammenfassenden Behälter 14 münden oder als Ansaug selbst enden.

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Claims

L. I !\ 3 2 R 9 Anmelder: Ludv;ig E 1 s b e t t , Ing. (grad.) Günter E 1 s b e t t 8543 Hilpoltötein Industriestraße 14 Vertreter: Fritz M e r t e η Patent- und Zivilingenieur 8501 Schwarzenbruck bei Nürnberg Brückkanalstraße 25 PATENTANSPRÜCHE

1)jLuftführungs.system, insb. im Ansaug, für aufeinander V-/ folgende Zylinder von Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit jeweils mindestens einer zu einer Sammelleitung für einige zu einer Gruppe zusammengefaßten Zylindern führenden Stichleitung, wobei jede Stichleitung zwischen der Sammelleitung und einem ihr zugeordneten Zylinder angeordnet ist und die Stichleitungen unter sich gleiche oder annähernd gleiche Länge sowie im Bereich der jeweiligen Ventilsitzöffnung zum Zylinder drallbildende Organe für durch sie zu führende Luftmassen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt jedes Luftführungssystems (2), bestehend aus Stichleitungen ( 3 bis 5) und einer für mehrere Zylinder (6) gemeinsamen

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Sammelleitung (7) ab der Ventilsitzöffnurig (6) stetig erweitert ist und der Abstand von der Yentilsitzö.£fr\ung (8) bis zum Ende (12) des Liiftführunrs sy stems (2) für jeden Zylinder (6) gleich oder annähernd gleich ist.

2) Luftführungs.system nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Lmtführitngsc-ystonis (2), d.h. der Stichleitungen (;3 bis 5) und der Sa:::-iolleitung (7) quadratisch nit zunehraendem Abstand von der Ventil sitz öffnung (3) in dem Me.ß zuiiimmt, wie die zeitliche Einwirkung des Luftdruckes mit zunehmendem Abstand von der Ventilsitzöffnung abnimmt.

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