DE3500024C2 - Einlaßsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents
Einlaßsystem für eine Mehrzylinder-BrennkraftmaschineInfo
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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.
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