DE4041786C2 - Für eine Brennkraftmaschine bestimmte Ansauganlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine für eine Brennkraftmaschine bestimmte Ansauganlage mit einer Steuerelektronik zur Veränderung der wirksamen Geometrie der Ansauganlage in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und weiteren Parametern. Eine solche Ansauganlage ist bei­ spielsweise in der DE 35 02 699 C2 beschrieben.

In letzter Zeit hat man den Schwingungsvorgängen in An­ sauganlagen von Brennkraftmaschinen erhöhte Aufmerksam­ keit geschenkt, weil diese den Ladungswechsel unterstüt­ zen und deshalb durch Beeinflussung des Liefergrades Ein­ fluß auf den Drehmomentverlauf der Brennkraftmaschine haben. Eine Erhöhung des Liefergrades ergibt sich jedoch nur in einem engen Bereich in der Nähe von Resonanzstel­ len. Ein fülliger Drehmomentverlauf über einen großen Drehzahlbereich erfordert deshalb mehrere Resonanzstel­ len oder eine stufenlose Verstellung der Ansaugrohr­ länge. In der Praxis benutzt werden bisher nur Ansaug­ anlagen mit stufiger Verstellung der Ansaugrohrlänge.

Bei der Ansauganlage gemäß der eingangs genannten DE 35 02 699 C2 sind die Ansaugleitungen jeweils durch eine Längenverstellvorrichtung in ihrer Länge veränderlich, um die Schwingungsfrequenz der Luftsäule in der Ansaug­ leitung an die Maschinendrehzahl anzupassen. Die Längen­ verstellvorrichtung soll in Abhängigkeit vom Betriebs­ zustand der Brennkraftmaschine arbeiten. Zur Erfassung des Betriebszustandes ist ein Drehzahlfühler und ein Lastfühler vorgesehen. Die Längenverstellvorrichtung arbeitet entweder stufenlos, was einen großen Aufwand mit sich bringt, oder aber mittels einer bei einer fest­ gelegten Drehzahl sich öffnenden Schließklappe, was konstruktiv wesentlich einfacher ist, jedoch in der Praxis zu einem von den Fahrzeuginsassen als unangenehm wahr­ nehmbaren Ruck führt. Ein solcher Ruck entsteht immer dann, wenn das Umschalten der Schließklappe nicht genau im Schnittpunkt der beiden Drehmomentenkurven für die beiden möglichen Schaltstellungen erfolgt.

Eine vergleichbare Ansauganlage ist auch der JP-A 2- 201018 zu entnehmen. Aus dieser Schrift ist nämlich eine variable Ansaugvorrichtung mit einem Ansaugkanal bekannt, wobei der Ansaugkanal sich aus einer Kombination von Ka­ nälen zusammensetzt, und wobei die Auswahl eines Kanals durch das Ansteuern eines Kanalventils erfolgt, um auf diese Weise den Öffnungsgrad des Ansaugkanals zu steuern. Gleiches gilt auch für die EP 0 365 016 A2.

Bei dem Saugrohr nach der DE 35 29 388 C2 ist der Drehmo­ menteneinbruch der resultierenden Drehmomentkurve am prinzipiell feststehenden Schaltpunkt eines aus zwei Län­ gen bestehenden schaltbaren Schaltsaugrohres dadurch aus­ gefüllt, dass eine dritte Saugrohrlänge schaltbar ist, deren Resonanzbereich die Einbuchtung der Drehmomentkurve ausfüllt, wobei jedoch nach wie vor die Übergänge der Drehmomentteilkurven stufig sind.

Die DE 34 16 950 A1 zeigt auch schon einen schaltbaren Ne­ benschlußresonator, bei dem von einer Ansaugleitung in unterschiedlichem Abstand von der Brennkraftmaschine zwei Leitungen in einen Behälter führen. Eine Leitung ist mit einem Absperrorgan versehen, welches mittels einer Steu­ erelektronik in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast betätigbar ist. Der Schaltpunkt ist dabei so festgelegt, dass sich bei ihm die sich bei geschlosse­ nem und geöffnetem Absperrorgan ergebenden Drehmomenten­ kurven schneiden. Würde man vor oder hinter diesem Schnittpunkt das Absperrorgan umschalten, so ergäbe sich durch das Umschalten jeweils ein von den Fahrzeuginsassen als unangenehm empfundener Fahrzeugruck.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein solcher Ruck bei Ansauganlagen mit stufenweise veränderlicher Ansaugrohr­ länge trotz sorgfältiger Auslegung der Steuerelektronik nicht unter allen Betriebsbedingungen zu vermeiden ist. Bei Ansauganlagen mit stufenloser Verstellung der Ansaug­ rohrlänge ergibt sich bei bestimmten Betriebsbedingungen ein nicht optimales Arbeiten der Verbrennungskraftma­ schine, weil trotz Berücksichtigung von Drehzahl und Mo­ torlast die Ansauganlage nicht genau genug im Resonanzbe­ reich arbeitet. Die Ursache hierfür war bislang unbe­ kannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugan­ lage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter allen Betriebsbedingungen sich Schwingungsvorgänge ergeben, welche einen möglichst raschen und vollständi­ gen Ladungswechsel ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Berücksichtigung der Temperatur der Ansaugluft durch die Steuerelektronik ein Temperaturfühler vorgesehen ist.

Bei der Auslegung von Ansauganlagen war die Fachwelt bis­ her davon ausgegangen, daß der Einfluß der Temperatur der Ansaugluft vernachlässigbar ist, weil die für die Eigenfrequenz einer Sauganlage wichtige Schallgeschwin­ digkeit bei atmosphärischer Luft nur sehr geringfügig von der Temperatur abhängig ist. Sie beträgt zum Bei­ spiel bei 0 Grad Celsius 331,5 m/s, bei 20 Grad Celsius 343,4 m/s und bei 40 Grad Celsius 354,9 m/s. Da die Reso­ nanzbereiche der Gasschwingungen in der Ansauganlage schmal sind, hat sich gezeigt, daß schon der geringe Einfluß der Lufttemperatur zu einer erheblichen Verschie­ bung des Resonanzbereiches und damit zu einer Verminde­ rung des Drehmomentes der Brennkraftmaschine durch Ver­ minderung des Liefergrades führen kann.

Ganz besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Be­ rücksichtigung der Temperatur der Ansaugluft bei einer Ansauganlage, bei der die Ansaugrohrlänge durch Umschal­ ten zumindest eines Absperrorgans stufig erfolgt. Bei solchen Ansauganlagen kann dank der Erfindung sicherge­ stellt werden, daß das Umschalten der Ansaugrohrlängen genau im Schnittpunkt der jeweiligen Drehmomentkurven erfolgt, so daß ein Ruck beim Umschalten ohne jeden Dreh­ momentverlust vermieden werden kann. Die Erfindung ermög­ licht es, den Schaltpunkt für die Ansaugrohrlänge zu ver­ schieben, wenn sich durch den Temperatureinfluß die Form der einzelnen Drehmomentkurven verändert hat. Deshalb ist in solchen Fällen die Steuerelektronik zum Verschie­ ben des Umschaltpunktes zu unterschiedlichen Drehzahlen in Abhängigkeit von den Werten des Temperaturfühlers aus­ gelegt.

Man könnte bei einer Ansauganlage für jedes Ansaugrohr ein Absperrorgan zum Verändern der Ansaugrohrlänge vor­ sehen, was jedoch beträchtlichen Aufwand bedingte. Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen läßt sich dieser Auf­ wand vermindern, wenn zur Veränderung der Ansaugrohr­ länge in einem Querkanal zwischen zwei Ansaugkanälen ein Absperrorgan vorgesehen ist.

Die Ansauganlage ist für eine sechszylindrige Brenn­ kraftmaschine optimal ausgelegt, wenn in den Querkanal zwei Ansaugkanäle münden und wenn vom Querkanal zu bei­ den Seiten des Absperrorgans jeweils drei Ansaugrohre zu den Zylindern der Brennkraftmaschine führen.

Bei vierzylindrigen Brennkraftmaschinen lassen sich die Ansaugrohrlängen vorteilhaft verändern, wenn der Querka­ nal alle vier Ansaugkanäle miteinander verbindet und jeweils zwischen zwei Ansaugkanälen ein Absperrorgan vorgesehen ist.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen, schaltbaren Ansauganlage für eine sechs­ zylindrige Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen, schaltbaren Ansauganlage für eine vierzylin­ drige Brennkraftmaschine,

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des Drehmomentes über die Drehzahl für zwei unterschiedliche Temperaturbereiche zeigt.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Zylinderkopf 1 einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine. Dieser Brennkraftma­ schine wird die Verbrennungsluft über eine Ansauganlage 2 zugeführt. Diese hat einen Ansaugstutzen 3, von dem aus zwei als Resonanzrohre ausgebildete Ansaugkanäle 4, 5 zu einem als Luftverteiler dienenden Querkanal 6 füh­ ren. Von diesem Querkanal 6 gelangt die angesaugte Luft über sechs Ansaugrohre 7 zu den Zylindern der Brennkraft­ maschine.

Wichtig für das Arbeiten der Ansauganlage 2 ist ein Ab­ sperrorgan 8 im Querkanal 6 zwischen den Mündungen der Ansaugkanäle 4 und 5. Dieses Absperrorgan 8 kann von einem Stellmotor 9 geöffnet und geschlossen werden. Zu seiner Steuerung dient eine Steuerelektronik 10, welche zusätzlich zu einem Eingang 12 für einen nicht gezeigten Drehzahlfühler und möglicherweise weiteren Eingängen für Fühler anderer, üblicher Betriebsbedingungen mit einem Temperaturfühlers 11 verbunden ist, der im Ansaugstutzen 3 sitzt und die Temperatur der Ansaugluft der Brennkraft­ maschine mißt.

Die Fig. 2 zeigt den Zylinderkopf 1 einer vierzylindri­ gen Brennkraftmaschine. Die Ansauganlage 2 hat entspre­ chend vier Ansaugkanäle 4, 4a, 4b, 4c, die alle mitein­ ander durch den Querkanal 6 miteinander verbunden sind. Zwischen den einzelnen Ansaugkanälen 4, 4a; 4a, 4b und 4b, 4c ist jeweils ein Absperrorgan 8, 8a, 8b angeord­ net. Dadurch kann man die bei einer solchen Maschine aufgrund der Zündfolge sich ergebenden Besonderheiten bei der Steuerung der Ansaugrohrlängen berücksichtigen.

Die Steuerung des Absperrorgans 8 gemäß Fig. 1 ist an­ hand der Fig. 3 leicht zu verstehen. Zwei durchgezogene Linien zeigen den Drehmomentenverlauf bei einer Ansaug­ temperatur von 20-25 Grad Celsius über die Drehzahl bei geschlossenem und geöffnetem Absperrorgan 8. Die beiden durchgezogenen Linien schneiden sich bei etwas über 4000 Umdrehungen pro Minute. Bei dieser Drehzahl muß das Absperrorgan 8 geschaltet werden, wenn man einen Drehmomentverlust und einen Schaltruck vermeiden will.

Oberhalb der durchgezogenen Linie sind zwei gestrichelt dargestellte Kurven eingetragen, die den Drehmomentver­ lauf bei einer Ansaugtemperatur von 0 Grad Celsius wie­ dergeben. Zu sehen ist, daß diese Kurven sich etwas vor 4000 U/min schneiden. Würde man bei dieser niedrigeren Ansaugtemperatur die Schaltdrehzahl nicht im gleichen Maße verschieben, wie sich der Schnittpunkt der beiden Kurven verschiebt, dann würde das Drehmoment beim Um­ schalten ruckartig vom niedrigeren Wert der ersten ge­ strichelten Kurve auf den höheren Wert der zweiten ge­ strichelten Kurve ansteigen.

Claims (5)

1. Für eine Brennkraftmaschine bestimmte Ansauganlage mit einer Steuerelektronik zur Veränderung der wirksamen Geometrie der Ansauganlage in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine und weiteren Parametern, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung der Tem­ peratur der Ansaugluft durch die Steuerelektronik (10) ein Temperaturfühler (11) vorgesehen ist.

2. Ansauganlage nach Anspruch 1, bei der die Ansaugrohr­ länge durch Umschalten zumindest eines Absperrorgans stu­ fig erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelek­ tronik (10) zum Verschieben des Umschaltpunktes bei un­ terschiedlichen Drehzahlen in Abhängigkeit von den Wer­ ten des Temperaturfühlers (11) ausgelegt ist.

3. Ansauganlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Ansaugrohrlänge in einem Quer­ kanal (6) zwischen zwei Ansaugkanälen (4, 5) ein Absperr­ organ vorgesehen ist.

4. Ansauganlage nach Anspruch 3 für eine sechszylindrige Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in den Querkanal (6) zwei Ansaugkanäle (4, 5) münden und daß vom Querkanal (6) zu beiden Seiten des Absperrorgans (8) jeweils drei Ansaugrohre (7) zu den Zylindern der Brenn­ kraftmaschine führen.

5. Ansauganlage nach Anspruch 3 für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ kanal (6) alle vier Ansaugkanäle (4, 4a, 4b, 4c) mitein­ ander verbindet und jeweils zwischen zwei Ansaugkanälen (4, 4a; 4a, 4b; 4b, 4c) ein Absperrorgan (8, 8a, 8b) vor­ gesehen ist.