DE3624495A1 - Intake system of an internal combustion engine - Google Patents

Intake system of an internal combustion engine

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Abstract

On an intake system of an internal combustion engine with two intake lines per cylinder, wall jet elements are provided for purposely guiding the intake flow by way of only one of the intake lines. The use of these elements designed as control nozzles and supplied from a compressor unit avoids the costly arrangement and actuation of a plurality of throttle valves. When control air does not impinge on the wall jet elements, the flow of intake air passes by way of all intake lines.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem der im Oberbe­ griff des ersten Anspruchs angegebenen Art.The invention relates to an intake system in the Oberbe handle of the first claim specified Art.

Es ist bekannt, insbesondere an Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder jedem Einlaßventil eine separate Saugleitung zuzuordnen. Um eine erwünschte hohe Strömungsgeschwin­ digkeit in der Saugleitung zu erreichen, kann dabei in bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei geringer Drehzahl oder niedriger Last, also generell bei geringem Luftdurchsatz, ein Teil der Saugleitungen eines Zylinders durch Drosselklappen geschlossen werden.It is known, in particular on reciprocating piston internal combustion engines several intake valves per cylinder, a separate intake valve Assign suction line. To a desired high flow rate Achieving certainty in the suction line can, in certain cases Operating areas of the internal combustion engine, for example at low speed or low load, i.e. generally at low Air flow, part of the suction lines of a cylinder Throttle valves are closed.

Eine derartige Anordnung ist in der gattungsbildenden DE-OS 30 44 292 beschrieben. Dabei sind je Zylinder zwei Sauglei­ tungen vorgesehen, von denen eine mit einer Drosselklappe ver­ sehen ist, welche erst bei Erreichen bestimmter Betriebszustände der Brennkraftmaschine geöffnet wird.Such an arrangement is in the generic DE-OS 30 44 292 described. There are two suction lines per cylinder lines provided, one of which ver with a throttle valve can be seen which only when certain operating states are reached the internal combustion engine is opened.

Diese Anordnung verursacht jedoch an Mehrzylindermotoren nicht nur einen erheblichen Bauaufwand, sondern es ist auch erforder­ lich, alle Drosselklappen auf gleiche Phasenlage hin einzustellen. Daneben wird zur Öffnung der Drosselklappen ein oftmals komplizier­ ter und das Gewicht der Anordnung steigernder Betätigungsmechanis­ mus benötigt.However, this arrangement does not cause multi-cylinder engines only a considerable construction effort, but it is also required Lich, adjust all throttle valves to the same phase position. In addition, opening the throttle valve is often complicated ter and the weight of the arrangement increasing actuating mechanism mus needed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit mehreren Saugleitungen je Zylinder die aufwendigen mechanischen Steuerorgane durch nichtmechanische Steuerorgane zu ersetzen.The object of the present invention is in an intake system an internal combustion engine with several suction lines per cylinder the complex mechanical control elements by non-mechanical To replace tax organs.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des ersten Anspruchs gelöst.This task is characterized by the distinctive feature of the first Claim solved.

Der Einsatz von Wandstrahlelementen mit einer Steuerströmung vermeidet die oben angeführten Nachteile einer Mehrklappensteue­ rung. Diese an sich bekannte Ausführungsform dynamischer Fluidic- Elemente nützt den Coanda-Effekt, nach dem ein Strahl, in diesem Fall die Ansaugluftströmung, an einer Wand haftet und geführt wird, auch wenn die Wand gegenüber der Strahldüsenachse geneigt ist.The use of wall jet elements with a control flow avoids the above-mentioned disadvantages of multi-flap control tion. This known embodiment of dynamic fluidic Elements takes advantage of the Coanda effect, after which a beam in this In case the intake air flow sticks to a wall and is guided even if the wall is inclined with respect to the jet nozzle axis is.

Zwar ist in der DE-OS 28 19 656 ebenfalls die Verwendungsmöglich­ keit von Wandstrahlelementen unter Zugriff auf den bekannten Coanda-Effekt beschrieben, doch liegt dieser Schrift die Entwick­ lung einer Ablenkvorrichtung für die Luftströmung in einem Klima­ anlagenauslaß zugrunde. Dabei geht es letztendlich um die Einstel­ lung eines genauen Abströmwinkels, und nicht wie im erfindungsge­ mäßen Ansaugsystem um eine Führung der Strömung nach einer Rohrverzweigung in nur eine der beiden sich verzweigenden Saug­ leitungen.Although the use is also possible in DE-OS 28 19 656 speed of wall jet elements with access to the known Coanda effect described, but this font is the development a deflection device for air flow in a climate system outlet. Ultimately, it's about the setting development of an exact outflow angle, and not as in the invention moderate intake system to guide the flow after a Pipe branching in only one of the two branching suction cables.

Gemäß Anspruch 2 ermöglichen ansteuerbare Wandstrahlelemente vorteilhafterweise eine an sich bekannte Flip-Flop-Schaltung: Die Ansaugluftströmung wird nach der Rohrverzweigung über die erste oder die zweite der abgehenden Saugleitungen geführt. Dazu sind die Wandstrahlelemente üblicherweise mit zwei einander gegen­ überliegenden Austrittsöffnungen für die Steuerströmung versehen. Bei Nichtbeaufschlagung des Wandstrahlelements mit einer Steuer­ strömung teilt sich die Ansaugluftströmung nach der Rohrverzwei­ gung selbstverständlich auf beide Saugleitungen auf. According to claim 2 controllable wall beam elements allow advantageously a flip-flop circuit known per se: The intake air flow is after the pipe branch through the first or the second of the outgoing suction lines. To are the wall jet elements usually with two against each other provided outlet openings for the control flow. If the wall jet element is not subjected to a tax flow divides the intake air flow after the pipe branch of course on both suction lines.  

Stehen die Wandstrahlelemente, wie Anspruch 3 beschreibt, mit einer Verdichtereinheit, beispielsweise einem Flügelzellenkom­ pressor, in Verbindung, so ist eine sichere Strömungsablenkung gewährleistet. An gemischverdichtenden und die Ansaugluftmenge bzw. Ansaugluftmasse messenden Brennkraftmaschinen muß dabei die Entnahme der Steuerluft für die Verdichtereinheit zur Vermei­ dung falscher Luft-Kraftstoffverhältnisse nach der Meßstelle er­ folgen.Are the wall jet elements, as described in claim 3, with a compressor unit, for example a vane cell comm pressor, in connection, is a safe flow deflection guaranteed. At mixture compressing and the intake air quantity or intake air mass measuring internal combustion engines the removal of the control air for the compressor unit to avoid incorrect air / fuel ratios after the measuring point consequences.

Ein ansteuerbares Umschaltventil gemäß Anspruch 4 ermöglicht auf einfache Weise die wahlweise Beaufschlagung der Wandstrahlelemen­ te mit Steuerluft.A controllable changeover valve according to claim 4 enables simple way the optional application of the wall beam elements with control air.

Soll den Wandstrahlelementen keine Steuerluft zugeführt werden, so wird diese gemäß Anspruch 5 vorteilhafterweise in den Luft­ sammelbehälter zurückgeführt, denn diese Luftmenge strömte vorher bereits über die Luftmengen- bzw. Luftmassen-Meßeinrich­ tung. Daneben werden dadurch auch Geräuschprobleme vermieden.If no control air is to be supplied to the wall jet elements, so this is advantageously in the air according to claim 5 collection container returned, because this amount of air flowed previously via the air volume or air mass measuring device tung. It also avoids noise problems.

Anspruch 6 behandelt eine vorteilhafte Ausgestaltung der in be­ stimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine durch den Einfluß der Wandstrahlelemente gesperrten Saugleitungen. Darin angeordnete Rückschlagventile verhindern bei Beaufschlagung nur eines Teils der Saugleitungen ein Rückströmen der Ansaugluft, sodaß die gesamte Luftmasse in den Zylinder gelangt. Diese Rück­ schlagventile, beispielsweise ausgebildet als Zungenventile oder Stauklappen, müssen dabei für den Fall der Durchströmung einen äußerst geringen Strömungswiderstand aufweisen.Claim 6 deals with an advantageous embodiment of the in be agreed operating areas of the internal combustion engine by the Influence of wall jet elements blocked suction lines. In this Arranged check valves only prevent when loaded a return flow of the intake air in part of the suction lines, so that all the air mass gets into the cylinder. This return Impact valves, for example designed as tongue valves or Stowage flaps must have one for the case of flow have extremely low flow resistance.

In den Ansprüchen 7 und 8 sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ansaugsystems beschrieben. Saugleitungen mit unterschiedlichen Längen bzw. Querschnittsflächen gestatten in an sich bekannter Weise eine optimale Ladungswechselauslegung. In the claims 7 and 8 are advantageous developments of the suction system according to the invention described. Suction lines with different lengths or cross-sectional areas allow in an optimal charge exchange design is known.  

Durch Zu- bzw. Abschaltung der entsprechenden Saugleitungen gemäß Anspruch 2 kann somit für verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine das jeweils günstigste Ansaugsystem wirksam werden.By switching the corresponding suction lines on or off According to claim 2 can thus for different operating conditions the internal combustion engine the cheapest intake system be effective.

Anspruch 9 behandelt eine vorteilhafte Ausgestaltung zur Erzielung unterschiedlicher Längen der einem Zylinder zugeordneten Sauglei­ tungen. Eine Unterbrechung der Saugleitung in Form eines zwischen­ geschalteten Luftsammelkastens verkürzt in einfacher Weise die für die Luftschwingung relevante Saugrohrlänge, da hierfür nurmehr der vom Sammelkasten zum Zylinder führende Leitungsteil zum Tragen kommt.Claim 9 deals with an advantageous embodiment for achieving different lengths of the suction pipe assigned to a cylinder exercises. An interruption in the suction line in the form of a between switched air collection box in a simple way shortens the for the air vibration relevant intake manifold length, because only for this the line section leading from the collecting box to the cylinder to Wear comes.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines skizzenhaft darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.In the following the invention is based on a sketchy Darge presented embodiment described in more detail.

Das Ansaugsystem einer nicht dargstellten 6-Zylinder-Brennkraft­ maschine besteht aus einem Luftsammelbehälter 1 und den davon abgehenden Saugrohren 2, welche sich über Rohrverzweigungen 3 (nur 1 mal dargestellt) in zwei Saugleitungen 4 und 5 aufteilen und gemeinsam in den nicht näher dargestellten Zylinderkopf 6 münden. Hierin verzweigt sich der Ansaugkanal 7 wieder zu den beiden Einlaßventilen 8 und 9.The intake system of a 6-cylinder internal combustion engine, not shown, consists of an air collection container 1 and the outgoing intake pipes 2 , which are divided into two intake lines 4 and 5 via pipe branches 3 (shown only 1 times) and together in the cylinder head 6, not shown flow out. Here the intake duct 7 branches again to the two inlet valves 8 and 9 .

Im Bereich der Rohrverzweigung 3 ist in diesem Ausführungsbei­ spiel nur eine als Wandstrahlelement wirkende Steuerdüse 10 ange­ ordnet, sodaß eine Flip-Flop-Umschaltung gemäß Anspruch 2 hier nicht möglich ist. Die Steuerdüse steht über ein Umschaltventil 11 und einen Flügelzellenverdichter 12 mit dem Luftsammelbehälter 1 in Verbindung. Eine Austrittsöffnung des Umschaltventils 11 ist dabei über die Leitung 13 mit dem Luftsammelbehälter 1 verbun­ den. In the area of the pipe branch 3 in this embodiment, only one control nozzle 10 acting as a wall jet element is arranged, so that a flip-flop switchover according to claim 2 is not possible here. The control nozzle is connected to the air collecting container 1 via a changeover valve 11 and a vane compressor 12 . An outlet opening of the changeover valve 11 is connected via the line 13 to the air collection container 1 .

Die Saugleitung 5 ist im Anschluß an die Rohrverzweigung 3 difusorartig aufgeweitet und mündet in einen zwischengeschalteten Luftsammelkasten 15. In dem Teil der Saugleitung 5, welcher die Verbindung zwischen dem Luftsammelkasten 15 und dem Zylinder­ kopf 6 herstellt, ist nahe dem Zylinderkopf 6 eine Stauklappe 14 angeordnet.The suction line 5 is widened in a difuser-like manner after the pipe branch 3 and opens into an intermediate air collection box 15 . In the part of the suction line 5 , which produces the connection between the air collection box 15 and the cylinder head 6 , a baffle flap 14 is arranged near the cylinder head 6 .

Die je Zylinder angesaugte Verbrennungsluftmenge strömt zunächst durch das Saugrohr 2. Durch die Beaufschlagung der Steuerdüse 10 wird erreicht, daß die Strömung ausschließlich durch die Saug­ leitung 4 geführt wird. Dabei wird durch die Anordnung der Stauklappe 14 in der Saugleitung 5 verhindert, daß ein Rück­ strömen aus dem Zylinderkopf 6 in diese Saugleitung 5 erfolgt. Der zwischen der Stauklappe 14 und den Einlaßventilen 8 und 9 befind­ liche Stauraum ist relativ klein und übt nur einen geringfügigen Einfluß auf das gasdynamische Verhalten der Luftsäule in der Saugleitung 4 aus.The amount of combustion air sucked in per cylinder initially flows through intake manifold 2 . By acting on the control nozzle 10 it is achieved that the flow is guided exclusively through the suction line 4 . The arrangement of the damper 14 in the suction line 5 prevents a back flow from the cylinder head 6 into this suction line 5 . The Liche storage space between the damper 14 and the inlet valves 8 and 9 is relatively small and exerts only a minor influence on the gas dynamic behavior of the air column in the suction line 4 .

Bei höherem Luftdurchsatz durch die Brennkraftmaschine wird in Abhängigkeit von einer charakteristischen Steuergröße, beispiels­ weise des Saugrohrdruckes oder der Drehzahl der Brennkraft­ maschine, die Beaufschlagung der Steuerdüse 10 durch Betätigung des Umschaltventils 11 unterbrochen. Dann erfolgt die Strömung sowohl durch die Saugleitung 4 als auch durch die Saugleitung 5. Die Stauklappe 14 setzt der Ansaugluft dabei nur einen geringen Strömungswiderstand entgegen, sodaß an dieser Stelle keine Drosse­ lung der Ansaugluftströmung erfolgt.At higher air throughput by the internal combustion engine, depending on a characteristic control variable, for example the intake manifold pressure or the speed of the internal combustion engine, the action on the control nozzle 10 is interrupted by actuating the changeover valve 11 . Then the flow takes place both through the suction line 4 and through the suction line 5 . The damper 14 opposes the intake air only a small flow resistance, so that there is no restriction of the intake air flow at this point.

Durch die Anordnung des in die Saugleitung 5 zwischengeschalte­ ten Luftsammelkastens 15 wird zugleich eine bei hohen Luftdurch­ sätzen erwünschte kurze Schwingrohrlänge erzielt, da für den Aufbau einer Saugrohrdynamik nur der vom Luftsammelkasten 15 zum Zylinderkopf 6 führende Teil der Saugleitung 5 von Bedeutung ist. The arrangement of the air manifold 15 interposed in the suction line 5 also achieves a desired short oscillating tube length at high air throughputs, since only the part of the suction line 5 leading from the air manifold 15 to the cylinder head 6 is important for the construction of an intake manifold dynamics.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird also sowohl vom Coanda­ Effekt als auch maßgeblich von den Abmessungen der Luftführungs­ kanäle bestimmt. Deshalb muß das Druckniveau der der Steuerdüse 10 zugeführten Steuerluft durch den Flügelzellenverdichter 12 auf einen Wert angehoben werden, der die jeweils gewünschten Strömungs­ verhältnisse sicherstellt.The mode of operation of this arrangement is therefore determined both by the Coanda effect and largely by the dimensions of the air ducts. Therefore, the pressure level of the control air supplied to the control nozzle 10 must be raised to a value by the vane compressor 12 which ensures the desired flow conditions.

Claims (9)

1. Ansaugsystem einer Brennkraftmachine mit einem Luftsammelbe­ hälter und sich daran anschließenden, den einzelnen Zylin­ dern zugeordneten Saugrohren, welche über Rohrverzweigun­ gen in mindestens zwei Saugleitungen je Zylinder aufgeteilt sind und wobei Steuerorgane in der Weise vorgesehen sind, daß jeder Zylinder in gewissen Betriebsbereichen der Brenn­ kraftmaschine nur über einen Teil der Saugleitungen mit dem Luftsammelbehälter in Verbindung steht, während in anderen Betriebsbereichen diese Verbindung über alle ihm zugeordne­ ten Saugleitungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerorgane im Bereich der Rohrverzweigungen (3) luftführende Wandstrahlelemente (10) vorgesehen sind.1. Intake system of an internal combustion engine with a Luftsammelbe container and subsequent, the individual Zylin associated suction pipes, which are divided over Rohrverzweigun gene in at least two suction lines per cylinder and control elements are provided in such a way that each cylinder in certain operating areas of the combustion Engine is only connected to the air collection container via a part of the suction lines, while in other operating areas this connection is made via all suction lines assigned to it, characterized in that air-guiding wall jet elements ( 10 ) are provided as control elements in the area of the pipe branches ( 3 ). 2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstrahlelemente (10) so ansteuerbar sind, daß die Verbindung zwischen dem Zylinder und dem zugeordneten Saugrohr (2) entweder nur über die erste (4) oder nur über die zweite (5) oder über beide der sich an eine Rohrverzweigung (3) anschließenden Saugleitun­ gen (4, 5) erfolgt.2. Intake system according to claim 1, characterized in that the wall jet elements ( 10 ) can be controlled so that the connection between the cylinder and the associated intake manifold ( 2 ) either only via the first ( 4 ) or only via the second ( 5 ) or Via both of the suction lines ( 4 , 5 ) adjoining a pipe branch ( 3 ). 3. Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen der Wand­ strahlelemente (10) mit einer Verdichtereinheit (12) verbunden sind. 3. Intake system according to claim 1 or 2, characterized in that the control openings of the wall jet elements ( 10 ) are connected to a compressor unit ( 12 ). 4. Ansaugsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wandstrahlelemen­ ten (10) und der Verdichtereinheit (12) ein ansteuerbares Umschaltventil (11) angeordnet ist.4. Intake system according to one of the preceding claims, characterized in that a controllable switching valve ( 11 ) is arranged between the Wandstrahlelemen ten ( 10 ) and the compressor unit ( 12 ). 5. Ansaugsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Austrittsöffnung des Um­ schaltventils (11) mit dem Luftsammelbehälter verbunden ist.5. Intake system according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet opening of the order switching valve ( 11 ) is connected to the air collection container. 6. Ansaugsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Teil der Saugleitungen (4, 5) nahe den Zylindern Rückschlagventile (14) angeordnet sind.6. Intake system according to one of the preceding claims, characterized in that check valves ( 14 ) are arranged at least in a part of the suction lines ( 4 , 5 ) near the cylinders. 7. Ansaugsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitungen (4, 5) eines Zylinders unterschiedlich lang ausgebildet sind.7. Intake system according to one of the preceding claims, characterized in that the suction lines ( 4 , 5 ) of a cylinder are of different lengths. 8. Ansaugsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitungen (4, 5) eines Zylinders unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen.8. Intake system according to one of the preceding claims, characterized in that the suction lines ( 4 , 5 ) of a cylinder have different cross-sectional areas. 9. Ansaugsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Saugleitungen (5) eines Zylinders unterbrochen ausgeführt und mit einem zwischen­ geschalteten Luftsammelkasten (15) versehen ist.9. Intake system according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the suction lines ( 5 ) of a cylinder is interrupted and is provided with an interposed air collection box ( 15 ).
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