DE3940486A1

DE3940486A1 - Resonanz-ansaugsystem fuer eine mehrzylinder-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3940486A1
Application number: DE3940486A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dillig; Dietmar Schroer; Manfred Schwarz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1991-06-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Resonanz-Ansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen, beispielsweise aus der DE-C 32 32 366 be kannten Ansaugsystemen wird das Resonanzsystem, das aus den Saugrohren, der Resonanzkammer und dem Resonanzrohr be steht, durch die periodische Saugwirkung der an die Resonanzkammer angeschlossenen Zylinder erregt. Stimmt die Erregungsfrequenz mit der Eigenschwingungszahl des Resonanzsystems überein, so entsteht im Resonanzsystem eine Resonanz, die verstärkte Gasschwingungen zur Folge hat, wo durch ein Aufladeeffekt erreicht wird. Ein derartiges Resonanz-Ansaugsystem kann nicht nur bei selbstansaugenden Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, sondern auch bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine vorgesehen werden.

Bei der Resonanzaufladung wird angestrebt, daß die Resonanzfrequenz variabel ist, um den Aufladeeffekt über einen größeren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu erreichen. Für die Veränderung der Resonanzfrequenz gibt es drei Möglichkeiten, nämlich

a) Veränderung des Volumens der Resonanzkammer,
b) Veränderung der Länge des Resonanzrohres, und
c) Veränderung des Querschnitts des Resonanzrohres.

Bei dem gattungsbildenden Resonanz-Ansaugsystem gemäß DE-C 32 32 366 weist das Resonanzrohr einen sich zu der Resonanzkammer hin erweiternden, die Geschwindigkeit des Frischgases in dem Resonanzrohr zur Resonanzkammer hin verzögernden Diffusor-Abschnitt auf. Um die störende Wirkung der durch den sich in Richtung auf die Resonanz kammer erweiternden Querschnitt bedingten Wellenreflexion zu beseitigen, muß das Volumen der Resonanzkammer wesent lich größer sein als das Volumen des Resonanzrohres. Die Unterbringung einer derart großen Resonanzkammer bereitet jedoch bei der Anwendung dieses Ansaugsystems für Fahr zeug-Brennkraftmaschinen aufgrund der äußerst beengten Platzverhältnisse erhebliche Probleme.

Aus der DE-C 36 25 756 ist ein Resonanz-Ansaugsystem be kannt, bei dem sowohl der wirksame Querschnitt als auch die wirksame Länge der Zuleitung zu der Resonanzkammer ver änderbar ist. Dabei ist die Zuleitung zur Resonanzkammer hin keilförmig aufgeweitet und mit einem keilförmigen, längsbeweglichen Stellelement versehen, durch dessen Ver schiebung der wirksame Querschnitt und die wirksame Länge der Zuleitung, letztere jedoch nur in geringem Maße, verändert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Resonanz- Ansaugsystem der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem die wirksame Länge des Resonanzrohres und damit die Resonanzfrequenz des Ansaugsystems auf einfache Weise in einem weiten Bereich verändert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag läßt sich die effek tive Länge des ringförmigen Kanals, d. h. des Resonanz rohres, durch Drehen des Drehschiebers und dadurch be wirkter Veränderung des Abstandes der Ausströmöffnung des Drehschiebers von der Mündung des Kanals in die Resonanz kammer in weiten Grenzen verändern. Dabei ist durch die Ausbildung des Resonanzrohres als ringförmiger Kanal der Platzbedarf verhältnismäßig gering, so daß bei der An wendung des erfindungsgemäßen Resonanz-Ansaugsystems für Fahrzeug-Brennkraftmaschinen keine Probleme bestehen.

Es ist bei Ansaugsystemen mit Schwingrohraufladung be kannt (DE-C 9 57 802, DE-A 36 08 310, DE-A 34 46 377 u. a.), eine stufenlose Veränderung der Saugrohrlänge vorzusehen. Dabei sind in einem Gehäuse, von welchem die Saugrohre zu den einzelnen Zylindern führen, ring- oder spiralförmige Kanäle vorgesehen, die durch einen zentrisch im Inneren des Gehäuses angeordneten hohlzylindrischen Drehschieber mit der Anzahl der Kanäle entsprechenden Austrittsöffnungen mit Frischgas versorgt werden. Dabei muß für jedes Saugrohr ein eigener, von den übrigen Ring- oder Spiralkanälen ge trennter Ring- oder Spiralkanal vorgesehen werden. Der Bau aufwand und Raumbedarf derartiger Schwingrohraufladesysteme ist daher für Brennkraftmaschinen mit großer Zylinderzahl, insbesondere bei V-Motoren, beträchtlich. Bei dem er findungsgemäßen Resonanz-Ansaugsystem dagegen genügt es im Prinzip, für die bzw. jede Resonanzkammer nur einen einzigen Resonanzkanal veränderlicher Länge vorzusehen. Allerdings kann es sich als zweckmäßig erweisen, mehrere Resonanzkanäle in Längsrichtung des Drehschiebers nebenein ander vorzusehen. Diese mehreren Resonanzkanäle können als ein Resonanzkanal mit der Summe der Querschnitte der Einzelkanäle wirksam werden.

Bei Anordnung von mehreren Resonanzkanälen für eine Resonanzkammer besteht die Möglichkeit, außer der wirk samen Länge auch den wirksamen Querschnitt der Resonanz kanäle zu verändern. Zu diesem Zweck können die ring förmigen Resonanzkanäle unterschiedliche Querschnitte und damit unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen, wo bei durch gezielte Aufsteuerung einzelner Resonanzkanäle nur der Querschnitt, dessen Resonanzfrequenz einem be stimmten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine entspricht, zur Wirkung gebracht werden kann.

Bei Anordnung von mehreren ringförmigen Resonanzkanälen kann zusätzlich zu der Veränderung der effektiven Länge durch Drehen des Drehschiebers eine Veränderung des Quer schnitts dadurch erreicht werden, daß innerhalb des Dreh schiebers eine Steuerhülse angeordnet wird, die den Aus strömöffnungen im Drehschieber entsprechende Öffnungen auf weist und zwecks Veränderung des wirksamen Querschnittes dieser Ausströmöffnungen relativ zum Drehschieber drehbar ist. Damit wird der Eintrittsquerschnitt für die Frischgase in die ringförmigen Resonanzkanäle verändert.

Eine andere Möglichkeit zur gleichzeitigen Veränderung der wirksamen Länge und des Querschnittes des Resonanzkanals besteht darin, den Resonanzkanal zu seiner Mündung in die Resonanzkammer hin kontinuierlich zu erweitern. Dadurch wird beim Drehen des Drehschiebers die effektive Länge des Resonanzrohres verkürzt und gleichzeitig sein Querschnitt vergrößert.

Aufgrund der im wesentlichen zylindrischen Form des die Resonanzkanäle aufnehmenden Gehäuses bietet sich das er findungsgemäße Resonanz-Ansaugsystem vor allem auch zur Anwendung bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinder bänken in V-Anordnung an, da das Gehäuse ohne wesentlichen zusätzlichen Raumbedarf zwischen den Zylinderbänken ange ordnet werden kann. Um bei dieser Anwendung eine gegen seitige Beeinflussung durch sich überlappende Ansaugtakte zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wie an sich bekannt, zwei Resonanzkammern vorzusehen, an die jeweils Saugrohre von Zylindern der beiden Zylinderbänke angeschlossen sind, deren Ansaugtakte sich nicht oder nicht wesentlich über schneiden und in die jeweils mindestens ein ringförmiger Resonanzkanal mit veränderlicher effektiver Länge mündet. Die beiden Resonanzkanäle sind in Längsrichtung des Dreh schiebers nebeneinanderliegend angeordnet und ihre Mün dungen in die Resonanzkammern sind von Öffnungen in der Umfangswand des Gehäuses gebildet, die in einem Winkel abstand voneinander liegen. Die den beiden Resonanz kanälen zugeordneten Ausströmöffnungen im Drehschieber sind in einem entsprechenden Winkelabstand voneinander ange ordnet. Dadurch wird erreicht, daß die den beiden Resonanz kammern zugeordneten Resonanzkanäle unter Verwendung eines einzigen Drehschiebers gleichsinnig und im gleichen Maße in ihrer effektiven Länge verändert werden können.

Da bei bestimmten Drehzahlen die Resonanzaufladung wenig wirksam ist, kann es, wie bekannt, zweckmäßig sein, die beiden Resonanzkammern miteinander durch eine Leitung zu verbinden, in der eine Absperrklappe angeordnet ist, die bei den bestimmten Drehzahlen geöffnet ist, wodurch außer halb dieses Drehzahlbereichs eine Resonanzaufladung mit variabler Resonanzfrequenz und in diesem Drehzahlbereich eine Schwingrohraufladung erreicht wird.

Vorzugsweise sind die Resonanzkammer(n) und der Resonanz kanal bzw. die Resonanzkanäle in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dadurch verringern sich der Bauaufwand und der Platzbedarf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Resonanz-Ansaugsystems entlang Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt entlang Linie IV-IV in Fig. 2, und

Fig. 5 eine Abwicklung eines sich zur Resonanzkammer hin erweiternden Resonanzkanals.

Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Resonanz-Ansaugsystem ist für eine V8-Brennkraftmaschine zur Anordnung zwischen den beiden Zylinderbänken bestimmt. Die Ansauganlage weist ein Gehäuse 1 auf, das vier der einen Zylinderbank zugeordnete Saugrohre 2 und vier der anderen Zylinderbank zugeordnete Saugrohre 3 enthält. Die Saugrohre 2 und 3 enden in Flanschflächen 4 und 5, über die das Gehäuse 1 an den Zylinderköpfen der Zylinderbänke befestigt ist.

Das Gehäuse 1 enthält zwei Resonanzkammern 6 und 7, an welche jeweils vier sich in ihrem Arbeitstakt nicht oder nicht wesentlich überschneidende Zylinder der beiden Zylin derbänke, beispielsweise die Zylinder 1, 6, 7, 4 und die Zylinder 5, 2, 3, 8 angeschlossen sind. In dem Gehäuse 1 sind im Ausführungsbeispiel in Längsrichtung des Gehäuses 1 nebeneinander sechs ringförmig verlaufende Resonanzrohre 8, 9, 10 und 11, 12, 13 vorgesehen, die durch Wände 14 vonein ander getrennt und an einem Ende durch eine Wand 14a ver schlossen sind. Die Resonanzkanäle 8, 9 und 10 münden in die Resonanzkammer 6 und die Resonanzrohre 11, 12 und 13 münden in die Resonanzkammer 7. Diese Mündungen werden von Öffnungen 15 bzw. 16 in der die Resonanzrohre begrenzenden Umfangswand 17 des Gehäuses 1 gebildet. Die Wände 14 sind von einem hohlzylindrischen Drehschieber 18 durchsetzt, der in seiner Umfangswand für jeden Resonanzkanal 8 ..... 13 eine Ausströmöffnung 8a .... 13a aufweist. Der Drehschieber 18 ist mit seinem in Fig. 1 rechten Ende 18a an eine nicht gezeigte Frischgaszuleitung angeschlossen. Der Drehschieber 18 ist in der Stellung dargestellt, in welcher die ganze Länge der Resonanzrohre 8 bis 13 wirksam ist. Durch Ver drehen des Drehschiebers 18 in Fig. 2 und 3 im Uhrzeiger sinn nähern sich die Ausströmöffnungen 8a bis 13a zunehmend den Mündungsöffnungen 15 und 16, wodurch die effektive Länge der Resonanzrohre entsprechend verkürzt wird. Die jeweils einer Resonanzkammer 6 bzw. 7 zugeordneten Resonanzrohre 8, 9, 10 bzw. 11, 12 bzw. 13 wirken als ein Resonanzrohr, wenn sie gemeinsam durch die Ausströmöff nungen 8a bis 10a bzw. 11a bis 13a mit Frischgas versorgt werden. Obgleich somit nur ein einziges Resonanzrohr für jede Resonanzkammer erforderlich wäre, empfiehlt sich die Anordnung mehrerer Resonanzrohre, um jede Resonanzkammer, die sich im wesentlichen über die ganze Länge des Gehäuses 1 erstreckt, über ihre Länge möglichst gleichmäßig mit Frischgas zu beaufschlagen.

Der hohlzylindrische Drehschieber 18 ist an seinem in Fig. 1 linken Ende durch einen Deckel 19 abgeschlossen, der eine Nabe 20 aufweist, die drehbar in einem Gehäusedeckel 21 gelagert und nach außen geführt ist und mit einem nicht gezeigten Antrieb in Verbindung steht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich außer der wirksamen Länge auch der wirksame Querschnitt der Resonanzkanäle verändern. Zu diesem Zweck ist innerhalb des Drehschiebers 18 eine Steuerhülse 22 vorgesehen, die relativ zum Drehschieber 18 drehbar ist und den Ausström öffnungen 8a-13a im Drehschieber entsprechende Öffnungen 8b-13b aufweist. Durch Verdrehen der Steuerhülse 22 relativ zum Drehschieber 18 läßt sich der wirksame Aus strömquerschnitt verändern. Wenn die Resonanzkanäle 8,9,10 bzw. 11, 12, 13, wie gezeigt, unterschiedliche Querschnitte haben, so läßt sich durch eine Versetzung der Öffnungen 8b, 9b, 10b bzw. 11b, 12b, 13b in der Steuerhülse 22 zueinander in Umfangsrichtung erreichen, daß jeweils nur bestimmte Resonanzkanäle von 8, 9, 10 bzw. 11, 12, 13 zur Wirkung kommen.

Die Steuerhülse 22 ist an ihrem in Fig. 1 linken Ende durch einen Deckel 23 abgeschlossen, von dem sich eine Welle 24 durch die Nabe 20 des Drehschiebers 18 erstreckt. An der Welle 24 greift eine nicht dargestellte Vorrichtung zum Verdrehen der Steuerhülse 22 an.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind die beiden Resonanzkammern 6 und 7 miteinander durch einen Kanal 30 verbunden, in dem eine Absperrklappe 31 angeordnet ist. Im Bereich der Resonanzaufladung ist diese Klappe 31 geschlossen. Da je doch bei bestimmten Drehzahlen die Resonanzaufladung wenig wirksam ist, wird in diesem Drehzahlbereich die Klappe 31 geöffnet, wodurch eine Schwingrohraufladung erreicht wird.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Möglichkeit, um einen Resonanzkanal sowohl hinsichtlich seiner wirksamen Länge als auch hinsichtlich seines wirk samen Querschnittes kontinuierlich zu verändern. Dieser Resonanzkanal 25 erweitert sich zu seiner Mündung 26 in die zugehörige, nicht dargestellte Resonanzkammer hin konti nuierlich. Ist der Drehschieber 27 in seiner einen End stellung, welche der in Fig. 2 und 3 dargestellten End stellung des Drehschiebers 18 entspricht, so befindet sich die Ausströmöffnung 28 am engen Ende des Resonanzkanals 25, d. h. bei voller wirksamer Länge des Resonanzkanals 25 ist dessen wirksamer Querschnitt, d. h. der freie Ausströmquer schnitt der Öffnung 28, klein. Wird nun der Drehschieber 27 verdreht, was in der Darstellung von Fig. 5 einer Verschie bung in Richtung des Pfeiles 29 entspricht, so wird die wirksame Länge des Resonanzkanals zunehmend verkürzt und dessen wirksamer Querschnitt, d. h. der freie Ausströmquer schnitt der Öffnung 28, zunehmend vergrößert, bis in der anderen Endstellung des Drehschiebers 27 der volle Durch trittsquerschnitt bei kleinster Länge des Resonanzkanals 25 erreicht ist. Die Ausströmöffnung ist in dieser Stellung des Drehschiebers 27 mit 28′ bezeichnet.

Claims

1. Resonanz-Ansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraft maschine, bei der die Saugrohre (2, 3) von Zylindern, deren Ansaugtakte sich nicht oder nicht wesentlich über schneiden, an eine Resonanzkammer (6 bzw. 7) ange schlossen sind, in die ein Frischgas zuführendes Resonanzrohr (8-10 bzw. 11-13) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanzrohr von einem ringförmigen Resonanz kanal (z. B. 8) zwischen einem in einem Gehäuse (1) ge lagerten, hohlzylindrischen Drehschieber (18) und einer den Drehschieber umgebenden Gehäuseumfangswand (17) ge bildet ist, wobei der Drehschieber (18) eine axiale Ein strömöffnung (18a) und eine in seiner Umfangswand ange ordnete, in den Resonanzkanal (8) mündende Ausström öffnung (8a) aufweist und die effektive Länge des Resonanzkanals zwischen der Ausströmöffnung (8a) des Drehschiebers (18) und der Mündung (z. B. 15) in die Resonanzkammer (z. B. 6) durch Drehen des Drehschiebers veränderbar ist.

2. Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 1 für eine Brenn kraftmaschine mit zwei Zylinderbänken in V-Anordnung, wobei zwei Resonanzkammern (6, 7) vorgesehen sind, an die jeweils Saugrohre (2, 3) von Zylindern der beiden Zylinderbänke, deren Ansaugtakte sich nicht oder nicht wesentlich überschneiden, angeschlossen sind, und in jede Resonanzkammer ein Resonanzkanal mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Resonanzkanäle (8-10 bzw. 11-13) in Längsrichtung des Drehschiebers (18) nebeneinanderliegend im Gehäuse (1) angeordnet und ihre Mündungen in die Resonanzkammern (6, 7) von Öffnungen (15, 16) in der Umfangswand (17) des Gehäuses (1) ge bildet sind, die in einem Winkelabstand voneinander liegen, und daß die den beiden Resonanzkanälen (8-10 bzw. 11-13) zugeordneten Ausströmöffnungen (8a-10a bzw. 11a-13a) im Drehschieber (18) in einem ent sprechenden Winkelabstand voneinander angeordnet sind.

3. Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Resonanzkammer (6, 7) mehrere Resonanzkanäle (8-10 bzw. 11-13) in Längs richtung des Drehschiebers (18) nebeneinander angeordnet sind und der Drehschieber (22) eine der Anzahl der Resonanzkanäle entsprechende Anzahl von Ausström öffnungen (8a-10a bzw. 11a-13a) aufweist.

4. Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die jeder Resonanzkammer (6, 7) zuge ordneten Resonanzkanäle (8-10 bzw. 11-13) unter schiedliche Querschnitte aufweisen.

5. Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Drehschiebers (18) eine Steuerhülse (22) angeordnet ist, die den Ausström öffungen (8a-13a) entsprechende Öffnungen (8b-13b) aufweist und zwecks Veränderung des wirksamen Quer schnittes der Ausströmöffnungen relativ zum Drehschieber drehbar ist.

6. Resonanz-Ansaugsystem nach den Ansprüchen 4 und 5, da durch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (8b-13b) in der Steuerhülse (22) in Umfangsrichtung derart zueinander versetzt sind, daß jeweils für die bzw. jede Resonanz kammer (6 bzw. 7) jeweils nur ein Resonanzkanal bzw. eine Kombination von Resonanzkanälen zur Wirkung kommt.

7. Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der bzw. jeder Resonanzkanal (25) zu seiner Mündung (26) in die zugehörige Resonanz kammer hin kontinuierlich erweitert.

8. Resonanz-Ansaugsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den beiden Resonanzkammern (6, 7) eine von einer Absperrklappe beherrschte Verbindungs leitung (30) vorgesehen ist.

9. Resonanz-Ansaugsystem nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkammer(n) und der bzw. die Resonanzkanäle in einem gemeinsamen Gehäuse (1) angeordnet sind.