DE3500024C2 - Einlaßsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit einem Druckausgleichs­ behälter ausgestattetes Einlaßsystem für eine Mehrzylinder- Brennkraftmaschine.

Eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist gewöhnlicherweise mit einem Druckausgleichsbehälter versehen, der stromab ei­ nes rohrförmigen Drosselkörpers angeordnet ist, in dem sich ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe befindet. Der Druckausgleichsbehälter besitzt eine Volumen-Expansionskam­ mer und Zweig- bzw. Verzweigungsdurchgänge, die mit den je­ weiligen Zylindern verbunden sind. Die Expansionskammer bil­ det einen Knotenpunkt einer vom jeweiligen Zylinder übertra­ genen Druckwelle, die durch abwechselndes Öffnen und Schlies­ sen eines Einlaßventils hervorgerufen wird. Die Druckwelle wird deshalb als Knotenpunkt von der Expansionskammer in die jeweiligen Zylinder reflektiert, wodurch zwischen der Expan­ sionskammer und der Brennkammer des jeweiligen Zylinders eine Schwingbewegung der Einlaßluft stattfindet, was eine pul­ sierende Bewegung der Einlaßluft bewirkt. Wenn die Frequenz dieser Pulsierung bzw. dieser Schwingung dem Öffnungs- und Schließ-Zyklus des Einlaßventils entspricht, wird ein wir­ kungsvoller Einlaß bzw. Ansaugvorgang erzielt, den man als "Resonanzaufladebetrieb" bzw. "Trägheitseinlaßbetrieb" bezeichnet. Der maximale Wirkungsgrad wird bei einer Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine erreicht, die der Frequenz der Druckwelle entspricht, was eine Drehmoment-Spitze der Brenn­ kraftmaschine hervorruft. Die Frequenz der Einlaßluft-Druck­ welle wird durch die Länge des Einlaß-Durchgangskanals be­ stimmt. Die Länge des Einlaßkanals bzw. Durchgangskanals wird gewöhnlicherweise so festgelegt, daß das Maximum der Drehmoment-Kennlinie im niedrigen Drehzahlbereich der Brenn­ kraftmaschine erreicht wird.

Die in einem Zylinder bei den entsprechenden Einlaß- bzw. Ansaug-Hüben hervorgerufene Druckwelle wird durch die Druckwelle abgeschwächt, die im Einlaßkanal eines anderen Zylinders erzeugt wird, der den jeweils darauffolgenden Ein­ laßhub ausführt. Einen derartigen Effekt nennt man Einlaß strömungs-Interferenz. Wenn ein derartiger Effekt auftritt, wird der Anstieg des Abtriebs-Drehmoments im niedrigen Dreh­ zahlbereich vermindert.

In der JP GM 48-34401 ist ein System vorgeschlagen, das eine Einlaßströmungs-Interferenz verhindert. Dieses System hat eine Expansionskammer, die durch eine in Längsrichtung der Expansionskammer angeordnete Trennwand in zwei voneinander getrennte Abschnitte unterteilt ist, wobei an jeden Abschnitt eine Gruppe von Zylindern angeschlossen ist. Die Zylinder sind in zwei Gruppen unterteilt, zwischen denen die Zündhübe abwechselnd stattfinden. In einem derartigen System tritt keine Einlaßströmungs-Interferenz auf, so daß bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine ein höheres Drehmoment erhalten wird. Das wirksame Volumen der Expansionskammer ist jedoch durch die Trennwand vermindert, so daß im Vollastbetrieb eine Verringerung des Drehmoments erhalten wird.

Die japanische Druckschrift JP 57-28858 (A) zeigt ein dem zuvor beschriebenen System ähnliches System, das eine in Querrichtung der Expansionskammer verlaufende, diese in zwei Abschnitte unterteilende Trennwand hat. Analog dem zuvor Ausgeführten sind jeweils zu Gruppen zusammengefaßte Zylinder an einen Abschnitt der Expansionskammer angeschlossen. Auch hier treten die zuvor erwähnten Nachteile, d. h. eine Verminderung des Drehmoments im Vollastbereich der Brennkraftmaschine, auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine derart weiterzubilden, daß im Betrieb mit niedriger Drehzahl ein erhöhtes Drehmoment erzeugbar ist und im Betrieb mit höheren Drehzahlen das gesamte Volumen der Expansionskammer mit hinreichender Effektivität zur Aufrechterhaltung eines Resonanzaufladebetriebs zur Verfügung steht.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine weitergebildet, deren Zylinder in eine erste und eine zweite Zylindergruppe unterteilt sind, wobei die Zündhübe abwechselnd in einem Zylinder der ersten bzw. der zweiten Zylindergruppe stattfinden. Ein Einlaßsystem für die Brennkraftmaschine hat eine stromab einer Drosselklappe angeordnete Expansionskammer, von der eine der Anzahl der Zylinder entsprechende Zahl von Einlaßkanälen abzweigt, wobei die Expansionskammer eine Trennwand aufweist, die die Expanisonskammer in zwei Abschnitte teilt, denen jeweils die gleiche Zylinderzahl zugeordnet ist. Die Trennwand erstreckt sich derart weit in die Expansionskammer in Richtung auf ein die Drosselklappe enthaltendes Gemischeinlaßrohr, daß ein Verbindungsdurchgang zwischen den beiden Kammerabschnitten in einem den Abzweigungsstellen der Einlaßkanäle abgewandten Bereich verbleibt, wobei die Trennwand etwa in der Mitte der Expansionskammer endet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamt-Schnittansicht des Einlaßsystems,

Fig. 2 eine Schnittansicht bei einer Schnittführung ent­ lang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht bei einer Schnittführung ent­ lang der Linie III-III in Fig. 1, und

Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen der Mo­ tordrehzahl und dem Motor-Drehmoment für das er­ findungsgemäße Einlaßsystem demjenigen des Stan­ des der Technik gegenübergestellt ist.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsnummer 10 einen Drosselkör­ per mit rohrförmiger Gestalt, in dem ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe 12 drehbar angeordnet ist. Stromab des Drosselkörpers 10 ist ein Druckausgleichsbehälter 14 ange­ ordnet, in dem eine Expansionskammer definiert ist. Der Druckausgleichsbehälter 14 ist über Verbindungsleitungen bzw. -rohre 16 mit einem Brennkraftmaschinenkörper bzw. mit der Brennkraftmaschine 18 verbunden. Gemäß der gezeigten Ausführungsform hat die Brennkraftmaschine sechs Zylinder 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, 18-5 und 18-6 (Fig. 2). Diese Zy­ linder werden in folgender Reihenfolge gezündet: zunächst der erste Zylinder 18-1, dann der fünfte Zylinder 18-5, dann der dritte Zylinder 18-3, nachfolgend der sechste Zylinder 18-6, schließlich der zweite Zylinder 18-2 und letztlich der vierte Zylinder 18-4. Der Druckausgleichsbehälter be­ sitzt an seinem stromab gelegenen Ende einen Flansch 14A, wohingegen die Verbindungsrohre 16 an ihren stromauf ge­ legenen Enden einen gemeinsamen Flansch 16A aufweisen. Die Flansche 14A und 16A sind miteinander über (nicht gezeigte) Einrichtungen, wie z. B. Schrauben und Muttern, verbunden. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, besitzt der Flansch 14A eine Vielzahl von Löchern 20, durch die Schrauben verlaufen. Gemäß Fig. 2 weisen die Verbindungsrohre 16 an ihren strom­ ab gelegenen Enden einen gemeinsamen Flansch 16B auf, der mit dem Brennkraftmaschinenkörper 18 verbunden ist. Gemäß Fig. weist der Druckausgleichsbehälter 14 einen einstückigen bzw. einstückig angeformten Vorsprung (Angußabschnitt bzw. Ge­ windeaugenabschnitt im Guß) 22 an der dem Brennkraftma­ schinenkörper 18 abgewandten Außenseite des Behälters 14 auf. Der Brennkraftmaschinenkörper 18 ist ebenfalls mit einem einstückigen bzw. angeformten Vorsprung (Angußab­ schnitt bzw. Gewindeaugenabschnitt im Guß) 24 versehen, und zwar an einer Stelle, die sich unterhalb der Verbin­ dungsrohre 16 befindet. Zwischen den Angußabschnitten 22 und 24 ist eine Verstrebung bzw. eine Strebe 26 aus einem Metallrohr angeordnet. Die Strebe 26 hat abgeflachte Enden, die mittels Schrauben 28 bzw. 30 an die jeweiligen Anguß­ abschnitte bzw. Guß-Gewindeaugen 22 bzw. 24 angeschlossen sind. Im Betrieb der Brennkraftmaschine führt diese sowohl eine Schwingbewegung in einer horizontalen Richtung, wie dies durch den Pfeil X in Fig. 2 dargestellt ist, der senkrecht bzw. quer zu der Richtung verläuft, entlang der die Zylinder an­ geordnet sind, als auch eine Schwingbewegung in einer ver­ tikalen Richtung aus, die senkrecht bzw. quer zur Ebene der Fig. 1 verläuft. Die Strebe 26 verstärkt bzw. versteift das Einlaßsystem, den Druckausgleichsbehälter 14 inbegriffen, bezüglich solcher Schwingungen der Brennkraftmaschine in horizontaler und vertikaler Richtung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Drosselkörper 10 an ein flexibles Rohr 32 angeschlossen, das seinerseits mit einer Luftdurchfluß-Meßeinrichtung und einer Luft-Reinigungsein­ richtung in Verbindung steht.

Der Druckausgleichsbehälter 14 ist mit einer Expansions­ kammer 34 (Fig. 3) ausgestattet, die sich in die Richtung erstreckt, in der die Zylinder angeordnet sind, und eine rechteckige Querschnittsgestalt aufweist. Die Expansions­ kammer 34 hat, gemäß Fig. 2, aufeinander zuweisende Innen-Seitenwände 34A und 34B, eine Innen-Frontwand 34C, eine Innen-Rückwand 34D, eine innere obere Wand 34E und eine Bodenwand 34f. Der Druckausgleichsbehälter 14 weist ferner Rohrabschnitte auf, die von der Expansionskammer 34 ausgehen. In den Rohrab­ schnitten sind Zweig- bzw. Verzweigungsdurchgänge 36-1, 36-2, 36-3, 36-4, 36-5 und 36-6 ausgebildet, die an der Bodenwand 34F in die Expansionskammer 34 münden. Der Druck­ ausgleichsbehälter 14 besitzt ferner einen Röhren- bzw. rohrförmigen Abschnitt, in dem ein Einlaß 38 ausgebildet ist, der an der dem Brennkraftmaschinenkörper 18 zugewandten Seitenwand 34A in die Expansionskammer 34 mün­ det. Der Einlaß 38 steht mit dem Drosselkörper 10 in Ver­ bindung. Eine innere Trennwand 40 erstreckt sich einstückig bzw. einstückig angeformt von der Innenoberfläche 34B an deren Mittelab­ schnitt derart zum Ende des in die stirnseitig gegenüber­ liegende Innenwand 34A mündenden Einlasses 38, daß die Kammer 34 in einen linksseitigen ersten Abschnitt 34-1 und einen rechtsseitigen zweiten Abschnitt 34-2 unterteilt wird. Die Verzweigungsdurchgänge bzw. -kanäle 36-1, 36-2 und 36-3 der ersten Gruppe von Zylindern 18-1 bis 18-3, die in der linken Hälfte des Brennkraftmaschinenblocks bzw. -körpers 18 angeordnet sind, münden in den ersten Abschnitt 34-1 der Expansionskammer 34. Die Verzweigungskanäle 36-4, 36-5 und 36-6 der zweiten Gruppe von Zylindern 18-4 bis 18-6, die in der rechten Hälfte des Motorblocks angeordnet sind, münden in den zweiten Abschnitt 34-2 der Expansionskammer 34. Die Trennwand 40 endet etwa in der Mitte der Kammer 34, so daß ihr freies Ende 40′ (Fig. 1) im Abstand von der vor­ deren Wand bzw. Seitenwand 34A der Expansionskammer 34 steht. Als Folge dieser Konstruktion wird zwischen der Trennwand 40 und der Frontwand 34A ein Verbindungsdurchgang 44 aus­ gebildet, um den linksseitigen Expansionskammerabschnitt 34-1 und den rechtsseitigen Expansionskammerabschnitt 34-2 miteinander zu verbinden. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Trennwand 40 an ihrem Bodenabschnitt nahe der Wand 34F einen dreieckförmigen Vorsprung 40B auf, der es ermöglicht, ein Kaltstart-Einspritzaggregat 50 zu montie­ ren, wie dies durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt definiert die Trennwand 40 eine senkrecht bzw. quer zum Brennkraftmaschinenkörper bzw. Motorblock 18 verlaufende Ebene, in der der Angußabschnitt 22 auf der der Innenoberfläche 34B entgegengesetzten Außen­ oberfläche des Druckausgleichsbehälters 14 angeordnet ist. Diese Anordnung des Angußabschnitts 22 bezüglich der Trenn­ wand dient der Versteifung bzw. Verstärkung des Druckaus­ gleichbehälters 14, wodurch die Verwendung eines dünnwandi­ geren Ausgangsmaterials für den Druckausgleichsbehälter ermöglicht wird. Deshalb kann ungeachtet der Anordnung der Trennwand 40 im Druckausgleichsbehälter 14 ein erforder­ liches bzw. ausreichendes Volumen der Expansionskammer be­ reitgestellt werden.

Im folgenden wird die Betriebs- und Wirkungsweise des er­ findungsgemäßen Einlaßsystems beschrieben. Luft aus der Luftreinigungseinrichtung und dem (nicht gezeigten) Luft­ durchfluß-Sensor wird in den Drosselkörper bzw. in das Drosselklappengehäuse 10 eingeleitet, in dem die Drossel­ klappe 12 angeordnet ist. Die Luft wird von der Drossel­ klappe 12 über den Einlaß 38 in die Expansionskammer 34 des Druckausgleichsbehälters 14 eingeleitet. Die Luft wird dann, wie dies durch die Pfeile f₁ und f₂ (Fig. 2) gezeigt ist, vom Einlaß 38 in den ersten bzw. zweiten Expansions­ kammer- bzw. -durchgangsabschnitt 34-1 bzw. 34-2 eingelei­ tet, wobei diese Abschnitte durch die Trennwand 40 definiert bzw. begrenzt werden. Die Luft in den Abschnitten 34-1 und 34-2 wird anschließend in die Verzweigungskanäle bzw. -durchgänge 36-1, 36-2, 36-3, 36-4, 36-5 und 36-6 der Zy­ linder 18-1 bis 18-6 eingeführt, wie dies durch die Pfeile g₁, g₂, g₃, g₄, g₅ bzw. g₆ (Fig. 3) gezeigt ist. Von den Verzweigungsdurchgängen wird die Luft anschließend über die entsprechenden Kanäle bzw. Durchgänge in den Ver­ bindungsrohren 16 in die einzelnen Zylinder 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, 18-5 bzw. 18-6 im Brennkraftmaschinenkörper bzw. im Zylinderkopf 18 eingeleitet.

Erfindungsgemäß ist der erste Expansionskammerabschnitt 34-1, der mit der ersten Gruppe von Zylindern 18-1, 18-2 und 18-3 verbunden ist, durch die Trennwand 40 vom zweiten Expansionskammerabschnitt 34-2 getrennt, der mit der zwei­ ten Gruppe von Zylindern 18-4, 18-5 und 18-6 in Verbindung steht. Da die Zündfolge derart gewählt ist, daß nach dem Zylinder 18-1 der Zylinder 18-5, dann der Zylinder 18-3 an­ schließend der Zylinder 18-6, darauffolgend der Zylinder 18-2 und schließlich der Zylinder 18-4 zündet, finden die Zünd­ hübe abwechselnd zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Zylindern statt. Dies bedeutet, daß jeweils die beiden Verzweigungsdurchgänge bzw. -kanäle der entsprechenden Zylinder, die aufeinanderfolgende Einlaßhübe ausführen, voneinander durch die Trennwand 40 getrennt bzw. abge­ schirmt sind. Dies schafft die Möglichkeit, daß die in ei­ nem Einlaßkanal eines bestimmten Zylinders erzeugte Druck­ welle wirksam aufrechterhalten werden kann, ohne durch die in einem anderen Einlaßkanal eines anderen, einen darauf­ folgenden Einlaßhub ausführenden Zylinders erzeugte Druck­ welle abgeschwächt zu werden, wodurch die sog. Einlaßströ­ mungs-Interferenz bzw. Einlaßströmungsdruck-Interferenz ver­ hindert wird. Da die Druckwelle im Einlaß-Durchgang bzw. -Kanal wirksam aufrechterhalten werden kann, wird ein sog. "Resonanzaufladungs"-Betrieb (trägheitskraftunterstützter Betrieb) erzielt, indem man in geeigneter Weise die Abmessungen des Einlaß-Durchgangskanals derart bestimmt, daß die Frequenz der mit der Motordrehzahl variierenden Einlaß-Druckwelle der Eigenfrequenz des Einlaß-Systems entspricht. Als Folge davon wird der volumetrische Wirkungsgrad in einem unteren Drehzahlbereich angehoben, wodurch sich die Möglichkeit er­ öffnet, bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit ein gestei­ gertes Drehmoment zu erzielen. Darüberhinaus steht der er­ ste Expansionskammer- bzw. -durchgangsabschnitt 34-1, der mit der ersten Gruppe von Zylindern 18-1, 18-2 und 18-3 verbunden ist, mit dem zweiten Expansionskammer- bzw. -durch­ gangsabschnitt 34-2, der mit der zweiten Gruppe von Zylin­ dern 18-4, 18-5 und 18-6 verbunden ist, über den Verbin­ dungsdurchgang 44 in Verbindung. Deshalb ist es möglich, die Luft in der Kammer 34 im hohen Drehzahlbereich wirk­ sam bzw. wirkungsvoll heranzuziehen. Für den Fall, daß ein Zylinder, beispielsweise in der ersten, mit dem ersten Ex­ pansionskammerabschnitt 34-1 verbundenen Zylindergruppe einen Einlaßhub ausführt, wird eine Strömung einer gewis­ sen Luftmenge aus dem zweiten Expansionskammerabschnitt 34-2 über den Verbindungsdurchgang 44 in den ersten Ab­ schnitt 34-1 ermöglicht. Die Luft bzw. das Gemisch wird in den Brennkammern verbrannt, wodurch verhindert wird, daß das Drehmoment während des Betriebs der Brennkraftmaschine bei hoher Drehzahl abfällt.

Fig. 4 zeigt die Zuordnung zwischen der Motordrehzahl und dem Drehmoment der Brennkraftmaschine. Wenn ein herkömm­ licher Druckausgleichsbehälter ohne Trennwand verwendet wird, wird eine Drehmoment-Kennlinie gemäß Kurve m erzielt. Wenn der erfindungsgemäße Druckausgleichsbehälter mit einer Trennwand 40 verwendet wird, ergibt sich die Kennlinie ge­ mäß der Kurve n. Es zeigt sich, daß eine Anhebung des Dreh­ moments bei niedriger Motordrehzahl erzielt wird, ohne daß das Drehmoment in höheren Drehzahlbereichen vermindert wird.

Die Erfindung schafft somit eine Druckausgleichsbehälter- Konstruktion, die in einem Einlaßsystem einer Mehrzylin­ der-Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der Druckaus­ gleichsbehälter eine Expansionskammer mit einander gegen­ überliegenden ersten und zweiten Innenwänden definiert. Ein röhrenförmiger Körper, in dem eine Drosselklappe angeordnet ist, mündet in die Expansionskammer an der ersten Wand. Ei­ ne Trennwand erstreckt sich von der zweiten Wand auf die erste Wand zu und endet an einer Stelle, die sich von die­ ser Wand in einem bestimmten Abstand befindet, so daß Ab­ schnitte der Expansionskammer, die durch die Trennwand voneinander abgeteilt und mit verschiedenen Zylindergrup­ pen in Verbindung stehen, untereinander verbunden werden. Mit dieser Konstruktion gelingt es, das Drehmoment der Brennkraftmaschine im niedrigen Drehzahlbereich anzuheben, ohne einen Abfall des Drehmoments bei hoher Drehzahl in Kauf nehmen zu müssen.

Claims (4)

1. Einlaßsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinder in eine erste (18-1 bis 18-3) und eine zweite (18-4 bis 18-6) Zylindergruppe unterteilt sind, wobei die Zündhübe abwechselnd in einem Zylinder ersten bzw. der zweiten Zylindergruppe stattfinden, mit einer stromab einer Drosselklappe (12) angeordneten Expansions­ kammer (34), von der eine der Anzahl der Zylinder ent­ sprechende Zahl von Einlaßkanälen (36-1 bis 36-6) abzweigt, wobei die Expansionskammer (34) eine Trennwand (40) auf­ weist, die die Expanisonskammer in zwei Abschnitte (34-1, 34-2), denen jeweils die gleiche Zylinderzahl zugeordnet ist, teilt und sich derart weit in in die Expansionskammer (34) in Richtung auf ein die Drosselklappe (12) ent­ haltendes Gemischeinlaßrohr (38) erstreckt, daß ein Ver­ bindungsdurchgang (44) zwischen den beiden Kammer­ abschnitten (34-1, 34-2) in einem den Abzweigungsstellen der Einlaßkanäle (36-1 bis 36-6) abgewandten Bereich ver­ bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (40) etwa in der Mitte der Expansionskammer (34) endet.

2. Einlaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (40) einstückig mit der Expansionskammer (34) verbunden ist.

3. Einlaßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammer (34) an einer der Oberfläche (34B), von der sich die Trennwand (40) aus erstreckt, ent­ gegengesetzten Außenoberfläche einen einstückig angeformten Angußabschnitt (22) aufweist, der sich in derselben Ebene befindet, die durch die Trennwand (40) definiert ist, wobei der Angußabschnitt (22) derart gestaltet ist, daß mit ihm eine das Einlaßsystem versteifende Strebe (26) verbindbar ist.

4. Einlaßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die das Einlaßsystem versteifende Strebe (26) vom Angußabschnitt (22) der Expansionskammer (34) auf deren Seite zu einem weiteren Angußabschnitt (24) des Brennkraft­ maschinenkörpers (18) erstreckt.