DE3408899C2

DE3408899C2 - Luftansauganlage einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3408899C2
Application number: DE3408899A
Authority: DE
Inventors: Erwin 7506 Bad Herrenalb Rutschmann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1984-03-10
Publication date: 1987-02-12
Also published as: DE3408899A1

Abstract

Zur Schwingaufladung wird zwischen beiden Zylindergruppen einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinder in Boxer- oder V-Bauweise angeordnet sind, eine gemeinsame, symmetrisch zu ihnen liegende Luftansauganlage angeordnet, deren Volumina und Längen so auf die Brennkraftmaschine abgestimmt sind, daß sich ein guter Ladungseffekt durch Schwingaufladung über einen großen Drehzahlbereich des Motors ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftansauganlage einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der DE-ZS, MTZ 26/1, 1965, Seiten 13 bis 17, ist ein 6-Zylinder- Boxermotor beschrieben, zwischen dessen beiden Zylinderreihen als Luftansauganlage ein I-förmiges Verteilerstück aus zwei Behältern und einem Verbindungsrohr angeordnet ist. Mittig und senkrecht zum Verbindungsrohr ist ein Saugstutzen angebracht, der eine Drosselklappe enthält. Von den beiden Behältern gehen Saugrohre ab zu den Zylindern der ihnen benachbarten Zylinderreihe.
Aus DE-OS 29 27 405 ist eine Luftansauganlage für einen 6-Zylinder- Reihenmotor bekannt. Je drei Zylindern ist ein Resonanzbehälter zugeordnet, von dem Saugrohre zu den Zylindern führen. Jeder Behälter ist über ein Verbindungsrohr an eine Dämpfungskammer angeschlossen, durch die hindurch Ansaugluft aus der Umgebung oder einer Ladevorrichtung in die Resonanzbehälter und von dort zu den Zylindern des Motors gelangt. Durch eine besondere Volumen- und Längenabstimmung bildet jeder der Resonanzbehälter mit dem zugehörigen Verbindungsrohr ein akustisches Schwingsystem, mit dem eine Schwingaufladung des Motors erreicht werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch eine strömungs- dynamisch optimierte Gestaltung und Bemessung der eingangs erläuterten Luftansauganlage eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine bei gleichzeitiger Berücksichtigung der beengten Einbauverhältnisse im Kraftfahrzeug zu erzielen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Dabei wird ein I-förmiges Verteilerstück aus zwei Resonanzbehältern und einem Verbindungsrohr benutzt.
Das Gesamtvolumen der Resonanzbehälter ist etwa gleich groß bemessen wie das Gesamthubvolumen aller Zylinder, so daß jeder der beiden annähernd gleich großen Resonanzbehälter etwa das gleiche Volumen aufweist wie das Hubvolumen der ihm zugeordneten Zylindergruppe. Auf diese Weise lassen sich zwischen dem Verbindungsrohr des Verteilerstücks und dem Resonanzbehälter gleichartige Resonanzbedingungen erfüllen wie zwischen den Zylindern und den zu ihnen führenden, von den Resonanzbehältern ausgehenden Saugrohren. Eine optimale Schwingaufladung mit einer noch stärkeren Drehmoment- und Leistungssteigerung ergibt sich, wenn die Gesamtquerschnittsfläche der zu einer Zylindergruppe führenden Saugrohre etwa gleich groß ist wie die Querschnittsfläche des Verbindungsrohres.
Die Saugrohre sind an den Resonanzbehältern entweder an denselben Wänden angeschlossen wie das Verbindungsrohr oder zu diesem fluchtend an den gegenüberliegenden Wänden. Im ersten Fall, der für Brennkraftmaschinen in V-Bauweise aus Platzgründen bevorzugt wird, verlaufen die Saugrohre gekrümmt und sind unterschiedlich lang, wobei in bekannter Weise Krümmung und Länge derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich für alle Saugrohre ein annähernd gleicher Druckverlust bei Durchströmung ergibt.
Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 Luftansauganlage eines 6-Zylinder-Boxermotors,
Fig. 2 Luftansauganlage eines 8-Zylinder-V-Motors,
Fig. 3 Luftansauganlage nach Fig. 2 etwas abgewandelt, in räumlicher Darstellung.
Aus einem Resonanzbehälter 1 mit dem Volumen V 1, einem Resonanzbehälter 2 mit dem Volumen V 2 und einem Verbindungsrohr 3 ist ein I-förmiges Verteilerstück 4 gebildet. Senkrecht an das Verbindungsrohr 3 ist ein Saugstutzen 5 angeschlossen, der eine Drosselklappe 6 enthält. Aufgrund der Einbauverhältnisse des Motors im Kraftfahrzeug hat die Mitte 7 des Saugstutzen 5 zum Resonanzbehälter 1 den Abstand S 1=0,1 m, zum Resonanzbehälter 2 den Abstand S 2=0,12 m. Auch in diesem Falle kann eine Resonanzabstimmung erreicht werden, wenn entsprechend der bei der Konstruktion verwirklichten Verhältnisgleichung @O:°KV°k¤°F1°f:°KV°k¤°F2°f&udf54; = @O:°KS°k¤°F2°f:°KS°k¤°F1°f&udf54; das Volumen V 1 = 1,8×10^-3m³, V 2 = 1,5×10^-3m³ beträgt.
Von den Resonanzbehältern 1 und 2 gehen je drei gerade Saugrohre 8 mit einer Länge von l = 0,2 m aus, die parallel zu dem Verbindungsrohr 3 liegen und sich von den Resonanzbehältern zu den Einlaßkanälen der beiden, aus je drei Zylindern gebildeten Zylindergruppen 9, 10 hin konisch verengen. Die eine Zylindergruppe 9 umfaßt die Zylinder Z 1, Z 2, Z 3, die andere Zylindergruppe 10 die Zylinder Z 4, Z 5, Z 6.
Die Abgase der beiden Zylindergruppen 9, 10 sind über Abgassammelrohre 11, 12 einer Abgasleitung 13 zugeführt und gelangen nach Durchströmen eines Vorschalldämpfers 14 und eines Hauptschalldämpfers 15 ins Freie. Der Saugstutzen 5 ist über eine Saugleitung 16 mit einem Luftfilter 17 verbunden, durch das hindurch die Luft aus der Atmosphäre angesaugt wird.
Es saugen nacheinander die Zylinder Z 1, Z 6, Z 2, Z 4, Z 5, Z 3 entsprechend ihrer Zündfolge aus den Resonanzbehältern an, zwischen denen sich eine stehende Welle mit Nulldurchgang in der Mitte 7 des Saugstutzens ausbildet. Da die Saugrohre 8 der Zylinder an den Resonanzbehältern 1, 2 an den Seiten 18, 19 gegenüberliegend zum Verbindungsrohr 3 angeschlossen sind, ergibt sich beim Ansaugen eine annähernd diagonale Durchströmung des Verteilerstücks, die sich in den jeweiligen Saugrohren fortsetzt.
Bei der Luftansauganlage nach Fig. 2 und Fig. 3 besteht das Verteilerstück 20 aus den Resonanzbehältern 21, 22, mit den Volumina V 21, V 22 und dem Verbindungsrohr 23. Das Verteilerstück 20 ist zwischen den beiden V-förmig zueinanderliegenden Zylindergruppen 24, 25 einer 8-Zylinder-Brennkraftmaschine angeordnet, wobei die Zylindergruppe 24 die Zylinder Z 1, Z 2, Z 3, Z 4, die Zylindergruppe 25 die Zylinder Z 5, Z 6, Z 7, Z 8 umfaßt. Zu den Zylindern führen Saugrohre R 1 bis R 8, die sämtlich an denselben Seiten 26 und 27 der Resonanzbehälter 21, 22 angeschlossen sind, wie das Verbindungsrohr 23. Die Saugrohre der einen Zylindergruppe 24 enden in der gemeinsamen Flanschebene 28 des einen Zylinderkopfes, die Saugrohre der anderen Zylindergruppe 25 in der Flanschebene 29 des anderen Zylinderkopfes. Die beiden inneren Zylinder Z 2, Z 3 der Zylindergruppe 24 sind durch schwach gebogene Saugrohre R 2, R 3 an dem der anderen Zylindergruppe 25 benachbarten Resonanzbehälter 22 angeschlossen. Zu den inneren Zylindern Z 6, Z 7 der Zylindergruppe 25 führen Saugrohre R 6, R 7, die von dem der Zylindergruppe 24 benachbarten Resonanzbehälter 24 ausgehen. Dagegen sind die äußeren Zylinder Z 1 und Z 4 sowie Z 5 und Z 8 jeweils durch Saugrohre R 1 und R 4 sowie R 5 und R 8 an dem ihnen benachbarten Resonanzbehälter 24 bzw. 25 angeschlossen. Diese Saugrohre R 1, R 4, R 5, R 8 sind kürzer als die inneren Saugrohre und weisen eine stärkere Krümmung auf, die bis zu einer 180°- Umlenkung geht. Um eine ausreichende Saugrohrlänge zu erhalten, reichen diese ein Stück weit in das Innere der Resonanzbehälter 21, 22 hinein. Jeweils ein kürzeres und ein gleichachsig dazu am anderen Resonanzbehälter angeschlossenes, längeres Saugrohr, sind zu einem Gußteil zusammengegossen, wobei die Angußstelle durch eine Rippe 30 versteift ist. Mittig am Verbindungsrohr 23 zweigt senkrecht ein Saugstutzen 31 ab, über den die Luft aus einem nicht gezeichneten Luftfilter angesaugt wird.
Neben der Größe der Volumina V 1, V 2 bzw. V 21, V 22 der Resonanzbehälter ist entscheidend für die Resonanzabstimmung die Gesamtlänge l des Strömungsweges von dem Einlaßventil der einen Zylindergruppe zu dem anschließend öffnenden Einlaßventil der gegenüberliegenden Zylindergruppe. Wenn die Summe aus den Strömungsquerschnitten der zu einer Zylindergruppe führenden Saugrohre gleich groß gemacht wird wie der Strömungsquerschnitt des Verbindungsrohres, läßt sich die Schwingaufladung optimal gestalten und auch rechnerisch erfassen. In diesem Fall gilt zwischen der Resonanzdrehzahl n, also der Drehzahl, bei der Resonanz zwischen der Brennkraftmaschine und der Eigenfrequenz der Luftansauganlage eintritt, die Beziehung: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;tan @W:&udf57;°Kp&udf56;¤´¤1:°Kc°k&udf54; ´ @W:°Kn°k¤´¤°Kz°k:240&udf54; = @W:°Kf°k¤´¤°Kc°k¤´¤120:°KV°k¤´¤&udf57;°Kp&udf56;¤´¤°Kn°k¤´¤°Kz°k&udf54;-&udf53;zl&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Hierin bedeuten:

π = 3,14
l = Gesamtströmungsweg [m]
c = Schallgeschwindigkeit Ansaugluft [m/s] ≈ 340 m/s
n = Drehzahl der Brennkraftmaschine [1/min]
z = Anzahl der Zylinder
V = zeitlich im Mittel an das Verbindungsrohr angeschlossenes Zylindervolumen [m³]

Claims

1. Luftansauganlage einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinder in Boxer- oder V-Bauart zu zwei gleichen, einander gegenüberliegenden Zylindergruppen zusammengefaßt sind, zwischen denen als gemeinsame Luftansauganlage ein I-förmiges Verteilerstück aus zwei annähernd gleich großen Resonanzbehältern und einem Verbindungsrohr angeordnet ist, wobei jeder Zylindergruppe ein Resonanzbehälter benachbart und durch Saugrohre zu den einzelnen Zylindern mit ihr verbunden ist, wobei die Saugrohre so geformt und ihre Längen und Durchmesser so bemessen sind, daß sich ein etwa gleich großer Durchflußwiderstand in den Saugrohren ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftansauganlage zur Schwingaufladung durch Resonanz ausgebildet ist, indem das Gesamtvolumen (V 1+V 2 bzw. V 21+V 22) der Resonanzbehälter (1, 2 bzw. 21, 22) etwa gleich groß bemessen ist wie das Gesamthubvolumen aller Zylinder der Brennkraftmaschine und daß die Gesamtquerschnittsfläche der zu einer Zylindergruppe führenden Saugrohre etwa gleich groß ist wie die Querschnittsfläche des Verbindungsrohres (3).

2. Luftansauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugrohre (R 1 bis R 8) der Zylinder (Z 1 bis Z 8) an denselben Seiten der Resonanzbehälter (21, 22) angeschlossen sind wie die beiden Enden des Verbindungsrohres (23).

3. Luftansauganlage nach Anspruch 2 für eine Brennkraftmaschine mit 8 Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugrohre (R 2, R 3; R 6, R 7) der beiden inneren Zylinder (Z 2, Z 3; Z 6, Z 7) jeder Zylindergruppe jeweils an dem der gegenüberliegenden Zylindergruppe benachbarten Resonanzbehälter angeschlossen sind, wogegen die Saugrohre (R 1, R 4; R 5, R 8) der beiden äußeren Zylinder (Z 1, Z 4; Z 5, Z 8) an den ihnen benachbarten Resonanzbehältern angeschlossen sind.

4. Luftansauganlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu den beiden inneren Zylindern (Z 2, Z 3; Z 6, Z 7) jeder Zylindergruppe schwach gebogene Saugrohre (R 2, R 3; R 6, R 7) führen, wogegen zu den beiden äußeren Zylindern stark gekrümmte, kürzere Saugrohre (R 1, R 4; R 5, R 8) mit etwa 180° Umlenkung führen.

5. Luftansauganlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an dem einen Resonanzbehälter ein schwach gebogenes Saugrohr und gleichachsig dazu an dem anderen Resonanzbehälter ein stark gekrümmtes Saugrohr angeschlossen ist.

6. Luftansauganlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein schwach gekrümmtes und ein stark gekrümmtes, kürzeres Saugrohr als Einheit zusammengegossen ist.

7. Luftansauganlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stark gekrümmten Saugrohre (R 1, R 4; R 5, R 8) ein Stück weit in die Resonanzbehälter (21, 22) hineinragen.

8. Ansauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugrohre annähernd parallel zueinander und zum Verbindungsrohr liegen.

9. Luftansauganlage nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugrohre (8) an den Resonanzbehältern (1, 2) an den den Anschlußstellen des Verbindungsrohres (3) gegenüberliegenden Seiten (18, 19) angeschlossen sind.

10. Luftansauganlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht in das Verbindungsrohr (3) ein Saugstutzen (5) einmündet, dessen Mitte (7) zum einen Resonanzbehälter (1) einen Abstand (S 1), zum anderen Resonanzbehälter (2) einen größeren Abstand (S 2) hat, wobei zwischen den Volumina (V 1, V 2) und den Abständen (S 1, S 2) der Resonanzbehälter (1, 2) die Beziehung besteht: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;@W:°KV°k¤°F1°f:°KV°k¤°F2°f&udf54; = @W:°KS°k¤°F2°f:°KS°k¤°F1°f&udf54;&udf53;zl&udf54;