DE3621503A1

DE3621503A1 - Ansaugsystem fuer eine mehrzylinder-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3621503A1
Application number: DE19863621503
Authority: DE
Inventors: Hideo Nakayama; Fusatoshi Tanaka; Shuichi Nakatani; Hiroyuki Hanafusa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1987-01-08
Also published as: JPH0361005B2; DE3621503C2; JPS627922A; US4690106A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für eine Mehr zylinder-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem solchen Ansaugsystem, mit dem der Füllgrad (volumetrische Wirkungsgrad) aufgrund einer durch eine Saugschwingung (Trägheitseffekt) bedingten stoßartigen Anhebung des Ladedruckes der Ansaugluft verbessert wird.

Bekanntlich pflanzt sich eine zu Beginn jedes Ansaug hubes im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine erzeugte Unterdruckwelle stromaufwärts im Ansaugsystem fort und wird dann an einem Ende des Systems, an dem dieses zur Atmosphäre oder zu einem aufstromseitig im Ansaug system vorgesehenen Ausgleichstopf hin offen ist, zur Einlaßöffnung hin als positive Druckwelle reflektiert. Durch Ausbildung des Ansaugsystemes so, daß diese positive Druckwelle die Einlaßöffnung unmittelbar vor dem Schließen des Einlaßventils erreicht, so daß Ansaugluft in den Brenn raum gedrückt wird, lässt sich der Füllgrad verbessern. Um jedoch den Füllgrad über einen hinreichend breiten Bereich zu verbessern, muß die Ansaugleitung bei relativ niedriger Maschinendrehzahl lang und bei relativ hoher Maschinendrehzahl kurz sein. Es ist deshalb bereits ein Ansaugsystem vorgeschlagen worden, in welchem die Ansaug leitungslänge in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl veränderbar ist, um über einen breiteren Drehzahlbereich der Maschine den genannten Saugschwingungseffekt der Ansaugluft zu erhalten. So ist beispielsweise bei dem Ansaugsystem nach der JP-OS (Patent) 56 (1981) - 1 15 819 jeder der Einzel-Ansaugleitungsabschnitte, die zu den jeweiligen Brennräumen führen, zweigeteilt, so daß er einen langen Leitungsteil und einen kurzen Leitungsteil bildet, von denen beide in einen Ausgleichstopf oder Pufferbehälter od. dgl. auf der Aufstromseite münden. Außerdem ist in dem kurzen Leitungsteil ein zwischen einer Offen- und einer Schließstellung verstellbares Ventil angeordnet, um den kurzen Leitungsteil in einem Bereich hoher Drehzahl zu öffnen und dadurch die Effektiv länge der Einzel-Ansaugleitung zu verkürzen. Auf diese Weise soll ein hinreichender Trägheitseffekt, d. h. eine Saugschwingung der Ansaugluft, zusätzlich zu der bereits im niedrigen Drehzahlbereich vorhandenen auch in einem Bereich hoher Drehzahl erzielt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ansaugsystem wird der Füllgrad für einen Zylinder lediglich durch diejenige Saugschwingung in der Ansaugluft verbessert, die durch Druckfortpflanzung in dem Abschnitt der Einzel-Ansaug leitung erzeugt wird, welcher zu dem Zylinder führt. Gelingt es jedoch, die Druckfortpflanzung in den Einzel- Ansaugleitungen zu den übrigen Zylindern wirksam aus zunützen, dann ist es möglich, den Füllgrad aufgrund des Saugschwingungseffekts in der Ansaugluft über einen breiteren Drehzahlbereich der Maschine zu verbessern. Dies lässt sich durch Anordnung einer Verbindungsleitung erreichen, welche die kurzen Leitungsabschnitte unter einander verbindet. Es ist jedoch ein erhebliches Problem, diese Verbindungsleitung in dem begrenzten Raum an der Brennkraftmaschine unterzubringen. Einerseits müssen nämlich die langen Leitungsabschnitte lang genug sein, um den Saugschwingungseffekt im niedrigen Drehzahlbereich zu erzielen, und sie müssen eine glattgekrümmte Form aufweisen, um eine ungestörte gleichmässige Zuströmung der Ansaugluft darin zu gewährleisten. Andererseits müssen wiederum die kurzen Leitungsabschnitte kurz genug sein, um auch im hohen Drehzahlbereich den die Saugschwingung erzeugenden Träg heitseffekt zur Geltung zu bringen. Diese Erfordernisse erschweren zusätzlich zu dem geringen Platzangebot die An bringung der erwähnten Verbindungsleitung.

Weiter kommt hinzu, daß die Verbindungsleitung im Hinblick auf die Druckübertragung zwischen den Zylindern volumen mässig klein gehalten werden sollte. Dies bedingt eine weitere Schwierigkeit bei der Anbringung einer derartigen Verbindungsleitung, die bezüglich ihres Volumens begrenzt ist und die kurzen Leitungsabschnitte so untereinander verbindet, daß die obengenannten Bedingungen erfüllt werden. Im Hinblick auf das vorstehend Dargelegte liegt die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das klein baut, in seinem Aufbau einfach ist und in dem die durch Trägheit bewirkte Saugschwingung der Ansaugluft so wirkungsvoll ausgenutzt werden kann, daß der Füllgrad sowohl im niedrigen als auch im hohen Drehzahlbereich verbessert wird. Zugleich soll die Saugschwingung der Ansaugluft in jedem Abschnitt der Einzel-Ansaugleitungen durch diejenige Druckwelle verbessert werden, die in den anderen Einzel-Ansaugleitungsabschnitten auftritt, so daß auch hierdurch ein hinreichender Saugschwingungs effekt über einen breiteren Drehzahlbereich ausgenützt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Das erfindungsgemässe Ansaugsystem umfasst somit einen Ansaugverteiler und einen Ausgleichstopf oder Pufferbehälter, die miteinander verbunden sind und eine Mehrzahl von langen gekrümmten ersten Einzel-Ansaugleitungen bilden, von denen jede zu einem der Zylinder führt. Außerdem ist an den auf stromseitigen Enden dieser ersten Einzel-Ansaugleitungen eine Volumen- oder Pufferkammer angeordnet. Der Ansaugver teiler weist darüber hinaus eine Mehrzahl von zweiten Einzel- Ansaugleitungen auf, die jeweils von einer der ersten Einzel-Ansaugleitungen abzweigen und sich an deren Krümmungs innenseite erstrecken. Diese zweiten Einzel-Ansaugleitungen sind kürzer als die zugeordneten ersten Einzel-Ansaugleitungen und untereinander durch eine Verbindungsleitung verbunden. Durch ein in der Leitung angeordnetes Ventilelement können die zweiten Einzel-Ansaugleitungen in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine geöffnet oder ge schlossen werden. Ein Teil der Wandung, welche die genannte Verbindungsleitung begrenzt, ist durch eine Platte gebildet, die zwischen dem Ansaugverteiler und der Außenwand des Ausgleichstopfes eingefügt ist.

Aufgrund dieser Anordnung lässt sich der Saugschwingungs effekt in der Ansaugluft sowohl im niedrigen als auch im hohen Drehzahlbereich erzielen und zugleich wird der Dreh zahlbereich der Brennkraftmaschine, innerhalb dessen der Saugschwingungseffekt eintritt, aufgrund der zu jedem Zylinder von den anderen Zylindern über die Verbindungs leitung hinweg übertragenen Druckwelle verbreitert. Da außerdem ein Teil der Wandung, die die Verbindungsleitung definiert, durch eine zwischen den Ansaugverteiler und den Ausgleichstopf eingesetzte Platte gebildet wird, lassen sich Volumen und Formgebung der Verbindungsleitung unabhängig von den ersten und/oder zweiten Ansaugleitungen wählen, so daß hierdurch die Freizügigkeit bei einer Aus legung des Ansaugsystems erhöht wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß infolge der Anordnung der zweiten Einzel- Ansaugleitungen in dem Raum auf der Krümmungsinnenseite der ersten Einzel-Ansaugleitungen, der normalerweise ein Totraum ist, die Gesamtabmessungen des Ansaugsystems nicht merklich erhöht werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevor zugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus den Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil des erfindungs gemässen Ansaugsystems;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das bei dem Ansaugsystem zur Anwendung kommende Plattenelement;

Fig. 4 eine Seitenansicht, und

Fig. 5 einen Querschnittdes Plattenelements, geschnitten längs der Linie V-V in Fig. 3.

Das in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Ansaugsystem nach der Er findung findet Anwendung auf eine Vierzylinder-Brennkraft maschine. Es umfasst einen Ansaugverteiler 1 und einen Ausgleichstopf 2, der über den Ansaugverteiler 1 mit der Brennkraftmaschine 30, welche vier Zylinder 31 aufweist, verbunden ist. Der Ansaugverteiler 1 und der Ausgleichs topf 2 sind getrennt voneinander gestaltet und miteinander lösbar verbunden.

Der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 30 weist vier Einlaßöffnungen 31 auf, die an einer Seite davon ange ordnet sind, und der Ansaugverteiler 1 sowie der Aus gleichstopf 2 sind auf der entsprechenden Seite der Brenn kraftmaschine 30 angeordnet. Weiterhin besitzt das Ansaug system ein nicht dargestelltes Drosselgehäuse mit einer eingebauten Drosselklappe stromauf von dem Ausgleichstopf sowie ein wiederum stromauf von dem Drosselgehäuse ange ordnetes, ebenfalls nicht dargestelltes Luftfilter.

In dem Ausgleichstopf 2 ist eine Pufferkammer 4 ausgebildet, in welche vier Leitungsabschnitte 6 münden. Der Ansaug verteiler 1 weist vier Abzweigkrümmer 8 auf und ist mit dem Ausgleichstopf 2 so verbunden, daß das aufstrom seitige Ende jedes Abzweigkrümmers 8 unmittelbar an das abstromseitige Ende jeweils eines der Leitungsabschnitte 6 anschließt und auf diese Weise eine erste Einzel- Einlaßleitung 10 bildet, die die Pufferkammer 4 und einen der Zylinder 31 miteinander verbindet. Hierdurch sind vier Einzel-Einlaßleitungen 10 gebildet, von denen jede zu einem der Zylinder 31 führt. Jede der ersten Einzel- Einlaßleitungen 10 erstreckt sich zunächst in ihrem auf stromseitigen Teil von der Brennkraftmaschine 30, genauer von deren Zylinderkopf, weg und schwenkt dann so zu dieser hin, daß sie unterhalb der Pufferkammer 4 in ihrem abstrom seitigen Teil verläuft, so daß hierdurch die Effektivlänge jeder ersten Einzel-Einlaßleitung 10 lang genug ist, um im niedrigen Brennkraftbereich der Brennkraftmaschine einen hinreichenden Trägheitseffekt für eine Saugschwingung in der Ansaugleitung zu bewirken.

In dem Ansaugverteiler 1 sind weiterhin vier zweite Einzel- Ansaugleitungen 12 ausgebildet, von denen jede von einem der Abzweigkrümmer 8 auf der Innenseite der ersten Einzel- Einlaßleitungen 10 abzweigt. Außerdem ist in dem Ansaug verteiler materialeinheitlich damit ein Teil 14 einer Ver bindungsleitung ausgebildet, die zur Verbindung der zweiten Einzel-Ansaugleitungen 12 untereinander dient. Die zweiten Einzel-Ansaugleitungen 12 sowie der Teil der Verbindungsleitung 14 befinden sich in einem Raum, der durch die ersten Einzel-Ansaugleitungen 10 sowie die Pufferkammer 4 begrenzt ist und der, wenn die Einzel- Ansaugleitungen 12 und die Verbindungsleitung 14 nicht vorgesehen wären, ein Totraum wäre.

In jeder zweiten Einzel-Ansaugleitung 12 ist ein Klappen ventil 16 vorgesehen, das im niedrigen Drehzahlbereich geschlossen und im hohen Drehzahlbereich geöffnet ist.

Der obere Wandabschnitt der Verbindungsleitung 14 ist durch eine Platte 20 gebildet, die zwischen den Ansaug verteiler 1 und den Ausgleichstopf 2 sandwich-artig eingesetzt ist. Die Platte 20 besteht aus Metall und hat eine solche Fläche, daß sie die Gesamtfläche der einander gegenüberliegenden und aneinander angepassten Stirnseiten des Ansaugverteilers 1 und des Ausgleichs topfes 2 bedeckt. Darüber hinaus wirkt die Platte 20 auch als Dichtscheibe zur Abdichtung der entsprechenden Stirnseiten des Ansaugverteilers 1 und des Ausgleichs topfes 2. Wie aus den Fig. 3 bis 5 hervorgeht, weist die Platte 20 vier Öffnungen 22 auf, die den ersten Einzel-Einlaßleitungen 10 entsprechen, und ist außerdem mit einem nach außen konvex gekrümmten Wandabschnitt 24 versehen, der sich in Längsrichtung der Zylinderreihe 31 erstreckt und dem im Ansaugverteiler 1 gebildeten Teil der Verbindungsleitung 14 gegenüberliegt. Dieser Wandabschnitt 24 ist durch Tiefziehen hergestellt und ergibt für die Verbindungsleitung 14 ein bezüglich der Druckübertragung zwischen den Zylindern 31 optimales Volumen. Außerdem dient dieser Wandabschnitt 24 zur Er höhung der Steifigkeit der Verbindungsleitung 14 und zur Verbesserung der Ansaugluftströmung durch diese.

Bei niedriger Maschinendrehzahl sind die Klappenventile 16 geschlossen, so daß dementsprechend die Ansaugluft aus gehend von der Pufferkammer 4 durch die ersten Einzel- Ansaugleitungen 10 in die Zylinder 31 gelangt. In diesem Fall wird die Unterdruckwelle an der Pufferkammer 4 reflektiert. Ist die Maschinendrehzahl hingegen hoch, so öffnen die Klappenventile 16, und die Unterdruck welle wird an dem Abschnitt der Verbindungsleitung 14 reflektiert. Auf diese Weise wird die Effektivlänge der Ansaugleitung in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl verändert, so daß eine optimale Saugschwingung einstellbar ist. Im hohen Drehzahlbereich wirken außerdem die Druck wellen der anderen Zylinder 31 auch auf jeden einzelnen der Zylinder 31, so daß demzufolge die Saugschwingung weiterhin unterstützt wird und sich über einen breiteren Drehzahlbereich einstellen lässt. Damit kann durch Öffnen der Klappenventile 16, wenn die Drehzahl nicht unter einer Zwischenbereichs-Drehzahl zwischen dem niedrigen und dem hohen Drehzahlbereich liegt, und im übrigen durch deren Schließen der Füllgrad im wesentlichen über den gesamten Drehzahlbereich verbessert werden.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Unterfläche des Aus gleichstopfes 2 oberhalb der Verbindungsleitung 14 nach oben hin konvex gekrümmt. Dies erleichtert das Ausziehen des Kerns bei der Gießherstellung des Ausgleichstopfes 2 und dient außerdem dazu, die Ansaug-Luftströmung zu verbessern. Denn der Wandungsteil 4 a der Pufferkammer 4 ist so geneigt bzw. gekrümmt, daß er glatt und stoßfrei in die ersten Einlaßleitungen 10 übergeht, so daß der Ansaugwiderstand reduziert und entsprechend die Maschinen leistung gesteigert wird.

Durch Versuche ist ermittelt worden, daß das Volumen der Pufferkammer 4 vorzugsweise nicht kleiner als die Hälfte des Verdrängungsvolumens der Brennkraftmaschine und das Volumen der Verbindungsleitung 14 vorzugsweise nicht grösser als das 1,5fache davon sein sollte. Weiterhin ist vorzugsweise das Volumen der Verbindungsleitung 14 kleiner als dasjenige der Pufferkammer 4 und die Querschnittsfläche der Verbindungs leitung 14 ist grösser als diejenige der ersten Einzel- Einlaßleitungen 10. In dem besonderen Ausführungsbeispiel ist außerdem der Durchmesser d ₁ der ersten Einzel-Einlaß leitung 10 im wesentlichen gleich dem Durchmesser d ₂ der Einlaßöffnungen 32.

Das Volumen bzw. die Querschnittsfläche der Verbindungs leitung 14 lässt sich in einfacher Weise dadurch kontrollieren, daß man die Form der Platte 20, insbesondere den Querschnitt des Wandteiles 24 davon, verändert. Das bedeutet, daß die Verbindungsleitung 14 unabhängig von der Länge der ersten Einzel-Ansaugleitungen 10 sein kann. Das wäre nicht der Fall, wenn der obere Wandabschnitt der Verbindungsleitung 14 durch den entsprechenden Außenwandabschnitt des Ausgleichs topfes 2 gebildet wäre, denn in diesem Fall könnten die obengenannten Bedingungen bezüglich Form und Volumen für die Verbindungsleitung 14 nicht ohne Einbuße hin sichtlich der Länge oder der Formgebung der ersten Einzel- Ansaugleitungen 10 erfüllt werden. Erfindungsgemäß können jedoch Form und Volumen der Verbindungsleitung 14 sehr freizügig durch eine Veränderung der Form der Platte 20 und somit unabhängig von den ersten Einzel-Ansaugleitungen 10 ausgewählt werden. Mit anderen Worten, auch die ersten Einzel-Ansaugleitungen 10 und die Pufferkammer 4 können frei und unabhängig von der Gestaltung der Verbindungs leitung 14 gestaltet werden.

Claims

1. Ansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit einem Ansaugverteiler (1) und einem damit verbundenen Aus gleichstopf (2), die eine Mehrzahl von ersten Einzel- Ansaugleitungen (10) bilden, von denen jede zu einem Zylinder (31) führt und in einer im wesentlichen verti kalen Ebene gekrümmt ist, und mit einer Pufferkammer (4), die an den stromaufseitigen Enden der Einzel-Ansaug leitungen (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugverteiler (1) eine Mehrzahl von zweiten Einzel-Ansaugleitungen (12), von denen jede von einer der ersten Einzel-Ansaugleitungen (10) abzweigt, an deren Innenseite verläuft und kürzer als die zugehörige erste Einzel-Ansaugleitung (10) ist, sowie eine Verbindungs leitung (14) zur Verbindung der zweiten Einzel-Ansaug leitungen (12) untereinander aufweist, wobei ein Leitungs schaltelement (16) vorgesehen ist, um die zweiten Einzel- Ansaugleitungen (12) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu öffnen bzw. zu schließen und wobei ein Teil der die Verbindungsleitung (14) bildenden Wand (24) als zwischen dem Ansaugverteiler (1) und der Außenwand des Ausgleichstopfes (2) liegendes Platten element (20) ausgebildet ist.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenelement (20) den oberen Wandteil (24) der Verbindungsleitung (14) bildet.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Plattenelement (20) eine so groß bemessene Fläche aufweist, daß es die Gesamtfläche der aneinander angepassten Stirnflächen von Ansaug verteiler (1) und Ausgleichstopf (2) bedeckt und zu gleich als Dichtelement zur Abdichtung dieser Stirn flächen dient.

4. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugverteiler (1) mit der Unterseite der Pufferkammer (4) mittels des Platten elements (20) an einem oberen Abschnitt der zweiten Einzel-Ansaugkanäle (12) verbunden ist.

5. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den oberen Wandabschnitt (24) bildende Teil des Plattenelements (20) der Verbindungs leitung (14) nach oben hin konvex gekrümmt und durch Tiefziehen geformt ist.

6. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander angepassten Stirn flächen des Ansaugverteilers (1) und des Ausgleichs topfes (2) in einer Horizontalebene und weitgehend auf gleicher Höhe wie die Unterfläche der Pufferkammer (4) liegen.

7. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten Einzel-Ansaug leitungen (10) in ihrem aufströmseitigen Teil zunächst von dem Brennkraftmaschinengehäuse (30) weg gerichtet ist und anschließend zu dem Brennkraftmaschinengehäuse (30) hin gekrümmt ist und mit ihrem abströmseitigen Teil unterhalb der Pufferkammer (4) verläuft.

8. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkammer (4) und der obere Abschnitt der ersten Einzel-Ansaugleitungen (10) ein stückig mit dem Ausgleichstopf (2) ausgebildet sind und daß die Pufferkammer (4) als sich in Längsrichtung der Zylinderreihe erstreckender Körper gestaltet ist.

9. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufströmseitigen Enden der ersten Einzel-Ansaugleitungen (10) mit dem oberen Teil der Pufferkammer (4), an einer Seite davon, verbunden sind.

10. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Pufferkammer (4) mindestens die Hälfte und das Volumen der Verbindungs leitung (14) höchstens das 1,5fache des Verdrängungs volumens der Brennkraftmaschine betragen.

11. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Verbindungsleitung (14) kleiner als dasjenige der Pufferkammer (4) und die Querschnittsfläche der Verbindungsleitung (14) grösser als diejenige einer ersten Einzel-Ansaugleitung sind.