DE29815458U1 - Saugrohr mit Drosselkörper-Steuerung für Verbrennungsmotore aller Art - Google Patents

Description

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Beschreibung

Ansaugsystem für Otto-Verbrennungsmotore mit variabler Saugrohrlänge und veränderlichem Strömungsquerschnitt, der mittels eines in einen Konus eingebrachten 3-dimensionalem Strömungskörper erzeugt wird..

Das Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors versorgt den Motor mit Frischgas, das beim Verbrennungsprozeß in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Gesteuert durch die Einlaßventile, induziert die Hubbewegung des Kolbens einen Unterdruck gegenüber der Umgebung, der Frischgas (Luft und zerstäubter Kraftstoff) in den Arbeitsraum (Zylinder) einströmen läßt. Die Leistung des Motors hängt dabei direkt von der zugeführten Frischgasmasse ab.

Zur Steuerung der Leistungsabgabe eines Motors wird normalerweise in dem Saugrohr eine Drosselklappe eingebracht, mit der die Frischgaszufuhr reguliert wird. Strömungstechnisch ist die Drosselklappe relativ ungünstig, einmal wegen der nichtlinearen Kennlinie, zum anderen bezüglich des Wirkungsgrades.

Die Länge und das Volumen des Saugrohres beeinflußt die Leistungscharakteristik des Motors. Durch die periodische Kolbenbewegung werden Druckwellen (lokale Druckverteilungen) angeregt, die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten und im Saugrohr reflektiert werden. Diese Druckwellen überlagern sich der regulären Strömung. Sie lassen sich durch geeignete Auslegung des Saugrohres zur Verbesserung des Liefergrades (spezifische Frischgaszufuhr) und damit zur Leistungsverbesserung nutzen (dynamische Aufladung).

Prinzipiell besteht eine Ansauganlage aus folgenden Komponenten: einer Airbox als Sammelbehälter für die angesaugte Umgebungsluft, eine Drosselklappe zur Steuerung der Luftzufuhr, ein Saugrohr als Verbindung zu den Einlaßventilen und eine Einspritzdüse zur Zerstäubung des Kraftstoffs zu einem zündfähigem Gemisch (Saugrohreinspritzung).

Nach dem Stand der Technik wird die geometrische Gestaltung (Querschnitt, Länge) des Saugrohres so ausgelegt, daß ein akzeptabler Kompromiß im Drehmomentverlauf zustande kommt. Im Vollastbetrieb wird durch die Saugrohrgeometrie hauptsächlich die Leistungscharakteristik (Drehmomentverlauf) beeinflußt, im Teillastbereich aber auch das

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Schadstoffverhalten und der Wirkungsgrad. Bei der Auslegung des Saugrohres stehen diese Kriterien zueinander bezüglich Optimierung im wechselseitigen Zielkonflikt.

Mit dem im Schutzanspruch aufgeführten Merkmal, die Frischgase abhängig vom Motorbetriebszustand über durch axiale Verschiebung eines Konus erzeugte variable Saugrohrlänge und -querschnitte in den Motor einzuleiten, wobei die klassische Drosselklappe durch einen ortsfesten oder ebenfalls axial verschiebbaren Drosselkörper (mit strömungsgünstiger Kontur) ersetzt wird, ergeben sich zum einen wesentliche Verbesserungen im Drehmomentverlauf bei Vollast, zum anderen können im Teillastbereich ein höherer Wirkungsgrad, bessere Gemischbildung und verbessertes Schadstoffverhalten erzielt werden.

Als Ausführungsbeispiel wird ein Teil des Saugrohrs, das Konusteil (a), im Einströmbereich konisch ausgeführt mit Übergang zu einem konstanten Durchmesser. Dieses Teil ist axial verschieblich auf einem festen, geraden Saugrohrteil (b) aufgesteckt. In diesem Konus ist konzentrisch ein dreidimensionaler Strömungskörper (c) eingebracht, dessen äußere Kante rotationssymmetrisch parallel zur Konusinnenwand ist. Der Strömungskörper (c) trägt in der dem Zylinder (z) zugewandten Seite (Ansaugseite) ein Einspritzventil (e). Der Strömungskörper ist ortsfest befestigt oder aber verschieblich in axialer Richtung (y). Durch die axiale Verschiebung des Konusteils kann die Innenwand des Konus an der Oberfläche des Strömungskörpers (c) anliegen (minimaler Strömungsquerschnitt) und mit zunehmender axialer Verschiebung (x) einen ringförmigen Strömungsquerschnitt (q) variabler Größe freigeben. Unabhängig davon kann der Strömungskörper (c) ebenfalls in axialer Richtung (y) entgegengesetzt zu (x) bewegt werden, um den ringförmigen Querschnitt (q) zu verändern. Somit wird der Frischgasstrom (f) in ein Saugrohr mit variabler Länge über einen variablen Querschnitt eingeleitet (durch entsprechende Variation der Parameter (x) und (y)). Bei geringem freigegebenem Querschnitt entstehen hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die eine optimale Kraftstoffzerstäubung unterstützen. Wenn der ringförmige Querschnitt (q) mindestens gleich dem Saugrohrquerschnitt (s) ist, bleibt mit weiterer axialer Verschiebung (x) der freie Ansaugquerschnitt konstant, lediglich die Saugrohrlänge und damit die Reflexionseigenschaften verändern sich weiter. Unterhalb dieses Grenzwertes verläuft die Kennlinie Verschiebung zu Querschnitt quadratisch. Durch geeignete geometrische Gestaltung (Länge, Querschnitt, Konizität, Profilgebung des Strömungskörpers) kann das Saugrohrsystem auf optimale Strömungsgeschwindigkeiten und Reflexionscharakteristiken eingestellt werden. Die axiale Verschiebung in Richtung (x) bzw. (y) wird über einen

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geeigneten Aktor (elektomechanisch, elektropneumatisch, elektrohydraulisch) vom Motormanagement gesteuert (&Egr;-Gas), kann aber auch mechanisch ausgeführt werden (Seilzug mit Feder).

Claims (1)

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   Schutzansprüche

   Ansauganlagen von Otto-Verbrennungsmotoren aller Art, in denen mittels eines konisch ausgebildeten Saugrohres und einem 3-dimensionalem Strömungsprofil als Drosselkörper, der auch als Träger für Einspritzdüsen dient, durch axiale Verschiebung des Saugrohres oder/und des Drosselkörpers variable Saugrohrlängen und variable Ansaugquerschnitte eingestellt werden zur Erzielung von Verbesserungen in den Motorkenngrößen Drehmoment, Leistung, Verbrauch und Schadstoffverhalten.