DE4032380C2 - Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für eine Brenn­ kraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der JP-A 58-93929 ist es bekannt, bei einem gattungsgemäßen Ansaugsystem den Querschnitt der beiden langen Resonanzrohre über je eine im Übergangsbereich in die beiden Teilsammelvolumi­ na liegende Klappe und die Querschnitte der beiden kurzen Reso­ nanzrohre über eine einzelne, entweder den Zweig mit den kurzen Resonanzrohren oder den Zweig mit den langen Resonanzrohren ver­ schließende Klappe zu steuern. Über die Betätigung der einzelnen Klappen ist in der JP-A 58-93929 nichts ausgesagt. Um Liefergradeinbußen im Übergangsbereich vom niederen in den mittleren Drehzahlbereich verhindern zu können, ist es erforder­ lich, daß die den Querschnitt der beiden langen Resonanzrohre steuernden Klappen mit genau der Geschwindigkeit in Schließstel­ lung gebracht werden, mit welcher die den Querschnitt der beiden kurzen Resonanzrohre steuernde Klappe in Öffnungsstellung über­ führt wird. Eine derartig aufeinander abgestimmte Betätigung der einzelnen Klappen erfordert bei einem Ansaugsystem nach der JP-A 58-93929 einen relativ hohen Bau- sowie Steuerungsaufwand (mehrere Stellantriebe, die synchron anzusteuern sind). Entspre­ chendes gilt natürlich ebenso im umgekehrten Fall, also für den Übergang vom mittleren in den niederen Drehzahlbereich.

Aus der JP-A 61-229925 ist ferner bekannt, die den Querschnitt zweier kurzer Resonanzrohre steuernden Klappen auf einer gemein­ samen Welle zu lagern. Der Querschnitt der beiden langen Reso­ nanzrohre hingegen wird ebenfalls über eine separat betätigte Klappe gesteuert, welche in einer Leitung angeordnet ist, die in die beiden langen Resonanzrohre verzweigt. Auch hier ist es beim Übergang vom niederen in den mittleren Drehzahlbereich und umge­ kehrt erforderlich, daß die den Querschnitt der beiden langen Resonanzrohre steuernde Klappe in genauer Abstimmung auf die Be­ wegung der beiden die Querschnitte der kurzen Resonanzrohre steuernden Klappen betätigt wird, will man eine Beeinträchtigung des Liefergrades vermeiden. Eine derartige Betätigung ist somit auch bei dem Ansaugsystem nach JP-A 61-229925 mit einem erhöhten Bau- und Steuerungsaufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ansaugsystem der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art zu schaffen, welches einfach aufgebaut ist und mit welchem dennoch beim Übergang vom niederen in den mittleren Drehzahlbereich und umgekehrt keinerlei Liefergradeinbußen gegeben sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem ist es möglich, sämtliche Klappen über nur einen Stellantrieb zu betätigen. Es ist damit auf einfache Art und Weise gewährleistet, daß die Klappen in den Resonanzrohren größerer Länge und/oder geringeren Innenquer­ schnittes mit der gleichen Geschwindigkeit in ihre Öffnungsstel­ lung bzw. Schließstellung bewegt werden können, mit welcher die den Querschnitt der Resonanzrohre geringerer Länge und/oder grö­ ßeren Innenquerschnittes steuernde Klappe in ihre Schließstel­ lung bzw. Öffnungsstellung bewegt wird.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 hat darüber hinaus den Vor­ teil, daß die Welle, auf welcher die Klappen alle gelagert sind, relativ nahe an die gemeinsame Wandung der beiden kurzen Reso­ nanzrohre gelegt werden kann, so daß dann, wenn die die Quer­ schnitte der beiden kurzen Resonanzrohre steuernde Klappe sich in Schließstellung befindet, eine Verbindung zwischen den beiden kurzen Resonanzrohren, durch welche eine nennenswerte gegensei­ tige Beeinträchtigung der Strömungen in den beiden Teilsammelvo­ lumina verursacht werden würde, nicht gegeben ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsbei­ spiele erläutert.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ansaugsystem für eine 6- zylindrige Reihenbrennkraftmaschine in einer Prin­ zipdarstellung und

Fig. 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Ansaugsystem für eine 6-zylindrige Reihenbrennkraftmaschine in einer Prin­ zipdarstellung.

Fig. 1 zeigt eine gemischverdichtende Hubkolbenbrennkraftma­ schine 1 der Reihenbauart mit sechs Zylindern. Jeder dieser Zylinder ist über einen separaten Einlaßkanal 2-7 mit einem Resonanzsammelbehälter 8 eines Ansaugsystems 9 verbunden. Die­ ser Resonanzsammelbehälter 8 ist mittels eines um eine senk­ recht zur Zeichenebene verlaufende Drehachse 10 verschwenkbaren Absperrelementes 11 bedarfsweise in zwei Teilsammelvolumen 12 und 13 unterteilbar. Die Einlaßkanäle 2, 3 und 4 sind mit dem Teilsammelvolumen 12 und die Einlaßkanäle 5, 6 und 7 mit dem Teilsammelvolumen 13 verbunden. Von einer gemeinsamen Ansaug­ leitung 14, in welcher eine Drosselklappe 15 zur Vorgabe der Brennkraftmaschinenlast angeordnet ist, sind stromab dieser Drosselklappe 15 zwei Resonanzrohre 16 und 17 abgezweigt, welche beide an den Resonanzsammelbehälter 8 angeschlossen sind und zwar das Resonanzrohr 16 im Bereich des Teilsammelvolumens 12 und das Resonanzrohr 17 im Bereich des Teilsammelvolumens 13. Stromab dieser Abzweigung gabelt sich die Ansaugleitung 14 in zwei weitere Resonanzrohre 18 und 19, deren Länge aber deutlich geringer ist als die der Resonanzrohre 16 und 17. Auch diese beiden kürzeren Resonanzrohre 18 und 19 sind an den Re­ sonanzsammelbehälter 8 angeschlossen und zwar das Resonanzrohr 18 im Bereich des Teilsammelvolumens 12 und das Resonanzrohr 19 im Bereich des Teilsammelvolumens 13. Im Anschlußbereich an den Resonanzbehälter 8 liegen alle vier Resonanzrohre 16, 17, 18 und 19 in einer Ebene. In diesem Bereich ist in jedem dieser Resonanzrohre 16-19 je eine Klappe 20, 21, 22 und 23 ange­ ordnet, mit welcher der Querschnitt des jeweiligen Resonanz­ rohres 16-19 steuerbar ist. Alle vier Klappen sind auf einer gemeinsamen Welle 24 drehfest gelagert. Die Klappen 20 und 21 (zweites Ventilelement) der beiden langen Resonanzrohre 16 und 17 sind dabei zu den Klappen 22 und 23 (erstes Ventilelement) der beiden kurzen Resonanzrohre 18 und 19 um 90° verschwenkt gelagert. Dies bedeutet, daß dann, wenn der Querschnitt der beiden langen Resonanzrohre 16 und 17 maximal freigegeben ist (maximale Öffnungsstellung der Klappen 20 und 21) die beiden kurzen Resonanzrohre 18 und 19 durch die Klappen 22 und 23 vollständig verschlossen sind und umgekehrt. Die Betätigung der Klappenwelle 24 sowie des Absperrelementes 11 erfolgt jeweils über einen geeigneten Stellantrieb, von denen jeder in Abhän­ gigkeit der vom Schwungrad der Brennkraftmaschine 1 mittels eines Sensors 26 abgegriffenen Brennkraftmaschinendrehzahl n von einer elektronischen Steuereinheit 27 in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise angesteuert wird.

Im niederen Drehzahlbereich bis hin zu einem ersten Drehzahl­ grenzwert n₁ sind sowohl das Absperrelement 11 als auch die beiden Klappen 22 und 23 der kurzen Resonanzrohre 18 und 19 in Schließstellung, d. h. der Resonanzsammelbehälter 8 ist in zwei Teilsammelvolumen 12 und 13 unterteilt und die Luft wird aus­ schließlich über die beiden langen Resonanzrohre 16 und 17 an­ gesaugt (Die Klappen 20 und 21 sind aufgrund ihrer um 90° verschwenkten Stellung zu den Klappen 22 und 23 jetzt natürlich in Öffnungsstellung). Dies ist die in der Fig. 1 dargestellte Stellung. Überschreitet die Brennkraftmaschinendrehzahl nun diesen ersten Grenzwert n₁, so wird über den Stellantrieb die Welle 24 um 90° gedreht, so daß aufgrund der Stellung der Klappen 20, 21 und 22, 23 zueinander jetzt die langen Reso­ nanzrohre 16 und 17 verschlossen und die kurzen Resonanzrohre 18 und 19 freigegeben sind. Ferner ist durch die um 90° verschwenkte Anordnung der Klappen 20, 21 zu den Klappen 22, 23 ein gleichzeitiger Verschluß aller vier Resonanzrohre 16, 17, 18 und 19 sowie eine Verringerung des Gesamtansaugquerschnittes im Übergangsbereich vom niederen in den mittleren Drehzahlbe­ reich (Grenzdrehzahl n₁) ausgeschlossen. Ab dieser Drehzahl n₁ wird also nur noch über die kurzen Resonanzrohre 18 und 19 an­ gesaugt. Eine gegenseitige, sich auf den Liefergrad negativ auswirkende Beeinflussung der über die kurzen Resonanzrohre 18 und 19 und der über die langen Resonanzrohre 16 und 17 in den Resonanzsammelbehälter 8 gelangende Strömung ist damit verhin­ dert. Ab einem zweiten Drehzahlgrenzwert n₂ schließlich wird auch die Absperrklappe 11 geöffnet, wodurch eine Verbindung zwischen den beiden Teilsammelvolumen 12 und 13 hergestellt ist. Durch diese Maßnahme wird der Liefergrad im höheren Dreh­ zahlbereich verbessert.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ansaugsystems dargestellt, wobei solche Bau­ teile, welche identisch mit denen der Fig. 1 sind, auch mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 1 sind die Klappen 28, 29 und 30 zur Steuerung der Querschnitte der Resonanzrohre 16, 17, 18 und 19 nicht mehr im Anschlußbereich der Resonanzrohre an den Reso­ nanzsammelbehälter 8, sondern im Bereich der Gabelung der An­ saugleitung 14 in die beiden kurzen Resonanzrohre 18 und 19 angeordnet. Im einzelnen sind die beiden die Querschnitte der langen Resonanzrohre 16 und 17 steuernden Klappen 28 und 29 in diesen Resonanzrohren 16 und 17 angeordnet und zwar in Höhe der Gabelung der Ansaugleitung 14 in die beiden kurzen Resonanz­ rohre 18 und 19. Die Querschnitte der beiden kurzen Resonanz­ rohre 18 und 19 hingegen sind über eine einzelne Klappe 30 steuerbar, welche im Bereich der gemeinsamen Wandung 31 der beiden kurzen Resonanzrohre 18 und 19 geschlitzt ausgebildet ist (bezogen auf eine in Öffnungsstellung befindliche Klappe 30). Alle drei Klappen 28, 29 und 30 sind ebenfalls auf einer gemeinsamen Welle 32 derart drehfest gelagert, daß die Klappe 30 in einer um 90° verschwenkten Stellung zu den beiden Klappen 28 und 29 in den langen Resonanzrohren 16 und 17 gehalten ist. Im Bereich der Klappen 28, 29 und 30 liegen die beiden langen Resonanzrohre 16 und 17 sowie die Ansaugleitung 14 bzw. die Mündungen der beiden kurzen Resonanzrohre 18 und 19 in einer Ebene. Dadurch, daß die Klappen 28, 29 und 30 im Bereich der Gabelung der Ansaugleitung 14 angeordnet sind, müssen die An­ schlüsse der einzelnen Resonanzrohre 16-19 an den Resonanz­ sammelbehälter 8 nicht in einer Ebene liegen.

Analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt die Steue­ rung der Resonanzklappen 28, 29 und 30 sowie der Absperrklappe 11 über die Steuereinheit 27 in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinendrehzahl n (Sensor 26) derart, daß im nie­ deren Drehzahlbereich bis hin zu einem ersten Drehzahlgrenzwert n₁ sowohl das Absperrelement 11 als auch die Klappe 30 in Schließstellung gehalten sind, d. h. der Resonanzsammelbehälter 8 ist in zwei Teilsammelvolumen 12 und 13 unterteilt und die Luft wird ausschließlich über die beiden langen Resonanzrohre 16 und 17 angesaugt (Die Klappen 28 und 29 sind aufgrund ihrer um 90° verschwenkten Stellung zu der Klappe 30 jetzt natürlich in Öffnungsstellung). Der Querschnitt, welcher bei geschlos­ sener Klappe 30 durch den Schlitz 33 freigegeben ist, ist im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt der Ansaugleitung 14 so ge­ ring, daß er sich auf keinen Fall nachteilig auf die Strömungsverhältnisse in den Teilsammelvolumen 12 und 13 aus­ wirkt. Überschreitet die Brennkraftmaschinendrehzahl nun diesen ersten Grenzwert n₁, so wird über den Stellantrieb die Welle 32 um 90° gedreht, so daß aufgrund der Stellung der Klappen 28, 29 und 30 zueinander jetzt die langen Resonanzrohre 16 und 17 durch die Resonanzklappen 28 und 29 verschlossen und die kurzen Resonanzrohre 18 und 19 freigegeben sind (Stellung in der Fig. 2). Ferner ist durch die um 90° verschwenkte Anordnung der Klappe 30 zu den Klappen 28 und 29 ein gleichzeitiger Verschluß aller vier Resonanzrohre 16-19 sowie eine Verringerung des Gesamtansaugquerschnittes im Übergangsbereich vom niederen in den mittleren Drehzahlbereich (Grenzdrehzahl n₁) ausgeschlos­ sen. Ab dieser Drehzahl n₁ wird also nur noch über die kurzen Resonanzrohre 18 und 19 angesaugt. Eine gegenseitige, sich auf den Liefergrad negativ auswirkende Beeinflussung der über die kurzen Resonanzrohre 18 und 19 und der über die langen Reso­ nanzrohre 16 und 17 in den Resonanzsammelbehälter 8 gelangende Strömung ist damit auch bei diesem Ausführungsbeispiel verhin­ dert. Ab einem zweiten Drehzahlgrenzwert n₂ schließlich wird auch die Absperrklappe 11 geöffnet, wodurch eine Verbindung zwischen den beiden Teilsammelvolumen 12 und 13 hergestellt ist.

Für beide Ausführungsbeispiele gilt, daß die Betätigung der gemeinsamen Klappenwelle 24 bzw. 32 z. B. über ein auf der Welle gelagertes Zahnrad 34, welches mit einer von einem Stellmotor (in den beiden Figuren der Übersichtlichkeit wegen nicht dar­ gestellt) verstellbaren Zahnstange 35 im Eingriff ist, erfolgt.

Anstelle einer gemeinsamen Klappe für die beiden kurzen Reso­ nanzrohre ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ebenso denkbar, die Querschnitte dieser beiden Resonanzrohre über zwei separate Klappen, welche beide in derselben Ebene (90° verschwenkt zu der Stellung der beiden in den langen Resonanzrohren angeordneten Klappen) auf der Welle drehfest gelagert sind, zu steuern.

Ferner ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Lagerung sämtlicher Resonanzklappen auf nur einer Welle, es ist ebenso möglich, jede Klappe separat zu lagern und anzusteuern oder z. B. die beiden Klappen der kurzen Resonanzrohre und die beiden Klappen der langen Resonanzrohre auf je einer gemeinsamen Welle zu lagern. Eine separate Lagerung und Ansteuerung der einzelnen Klappen hat den Vorteil, daß die einzelnen Resonanzrohre im Bereich der Klappen nicht in einer Ebene angeordnet sein müs­ sen.

Die Erfindung ist ebenso bei Dieselbrennkraftmaschinen ver­ wendbar.

Die Erfindung beschränkt sich ferner nicht nur ausschließlich auf die Resonanzaufladung mittels kurzer und langer Resonanz­ rohre. Es ist ebenso denkbar, alle Resonanzrohre mit der gleichen Länge auszubilden, wobei dann die Resonanzrohre, deren Klappen im niederen Drehzahlbereich geöffnet sind, einen rela­ tiv kleinen Innenquerschnitt und die Resonanzrohre, deren Klappen ab dem mittleren Drehzahlbereich geöffnet sind, einen relativ großen Innenquerschnitt aufweisen. Dies ist deshalb möglich, weil sich die durch die Resonanzaufladung erwünschten Drehmomentüberhöhungen nicht nur mit steigender Resonanzrohr­ länge, sondern auch mit kleiner werdendem Innenquerschnitt in Richtung niederer Brennkraftmaschinendrehzahlen verschieben und umgekehrt. Es ist demzufolge natürlich auch möglich, in dem mit den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch den Innenquerschnitt der langen Resonanzrohre kleiner zu dimensionieren als den der kurzen Resonanzrohre.

Claims (6)

1. Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem zwei Teilsammelvolumina aufweisenden Resonanzsammelbehälter, in welchen im Bereich eines jeden Teilsammelvolumens je zwei Re­ sonanzrohre unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlichen Innenquerschnitts einmünden, wobei die Querschnitte der Reso­ nanzrohre geringerer Länge bzw. und/oder größeren Innenquer­ schnitts über wenigstens eine Klappe steuerbar sind, welche im niederen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine geschlossen, ansonsten in einer Öffnungsstellung gehalten ist und wobei in den Resonanzrohren größerer Länge bzw. und/oder kleineren In­ nenquerschnitts je eine weitere Klappe angeordnet ist, welche im mittleren und hohen Drehzahlbereich geschlossen und anson­ sten in einer Öffnungsstellung gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Klappen (20, 21, 22, 23; 28, 29, 30) auf einer gemein­ samen Welle (24; 32) drehfest gelagert sind und daß die den Querschnitt der Resonanzrohre (18, 19) geringerer Länge bzw. und/oder größeren Innenquerschnittes steuernde Klappe (22, 23; 30) in einer um 90° verschwenkten Stellung zu der Stel­ lung der Klappen (20, 21; 28, 29) in den Resonanzrohren (16, 17) größerer Länge bzw. und/oder geringeren Innenquerschnittes ge­ halten ist.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Resonanzsammelbehälter (8) ein Absperrelement (11) vorgesehen ist, über welches eine Verbindung zwischen den bei­ den Teilsammelvolumina (12, 13) herstellbar ist, daß von einer gemeinsamen Ansaugleitung (14) stromab eines darin angeordneten Drosselelementes (15) zur Steuerung der Brennkraftmaschinenlast zwei Resonanzrohre (16, 17) abgezweigt sind, von denen jedes an jeweils ein Teilsammelvolumen (12, 13) angeschlossen ist und daß stromab dieser Abzweigung die Ansaugleitung (14) sich in zwei weitere Resonanzrohre (18, 19) gabelt, von denen jedes an je­ weils ein Teilsammelvolumen (12, 13) angeschlossen ist, wobei die Länge der weiteren Resonanzrohre (18, 19) geringer ist, als die der von der Ansaugleitung (14) abgezweigten.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Resonanzrohre (16, 17, 18, 19) im Bereich des An­ schlusses an den Resonanzsammelbehälter (8) in einer Ebene liegen, und daß in jedem der Resonanzrohre (16, 17, 18, 19) im Bereich von deren Einmündung in den Resonanzbehälter (8) je eine Klappe (20, 21, 22, 23) angeordnet ist.

4. Ansaugsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb eines ersten Grenzwertes (n₁) für die Brennkraftmaschinendrehzahl das Absperrelement (11) und die beiden Klappen (22, 23) in den kürzeren Resonanzrohren (18, 19) geschlossen und die Klappen (20, 21) der längeren Resonanzrohre (16, 17) geöffnet sind, daß oberhalb des ersten Grenzwertes (n₁) für die Brennkraftmaschinendrehzahl die beiden Klappen (22, 23) in den kürzeren Resonanzrohren (18, 19) geöffnet und die Klappen (20, 21) der längeren Resonanzrohre (16, 17) geschlossen sind und daß oberhalb eines zweiten Grenzwertes (n₂) für die Brennkraftmaschinendrehzahl, welcher größer ist als der erste Grenzwert (n₁), das Absperrelement (11) geöffnet ist.

5. Ansaugsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Resonanzrohre (16, 17, 18, 19) im Bereich der Gabe­ lung der Ansaugleitung (14) in einer Ebene liegen und daß die Klappen (28, 29, 30) in Höhe dieser Gabelung angeordnet sind, wobei die den Querschnitt der beiden kurzen Resonanzrohre (18, 19) steuernde Klappe (30) derart geschlitzt ausgebildet ist, daß sie in ihrer Öffnungsstellung einen Teil der gemein­ samen Wandung (31) der beiden kurzen Resonanzrohre (18, 19) um­ greift.

6. Ansaugsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb eines ersten Grenzwertes (n₁) für die Brennkraftmaschinendrehzahl das Absperrelement (11) und die Klappe (30) der kürzeren Resonanzrohre (18, 19) geschlossen und die Klappen (28, 29) der längeren Resonanzrohre (16, 17) geöffnet sind, daß oberhalb des ersten Grenzwertes (n₁) für die Brennkraftmaschinendrehzahl die Klappe (30) der kürzeren Reso­ nanzrohren (18, 19) geöffnet und die Klappen (28, 29) der län­ geren Resonanzrohre (16, 17) geschlossen sind und daß oberhalb eines zweiten Grenzwertes (n₂) für die Brennkraftmaschinendrehzahl, welcher größer ist als der erste Grenzwert (n₁), das Absperrelement (11) geöffnet ist.