DE4116047C2 - Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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

Es sind verschiedene Brennkraftmaschinen be­ kannt, die dahingehend ausgelegt sind, daß der Liefergrad und damit das Ausgangs-Drehmoment der Maschine durch einen kinetischen Effekt der Ansaugluft erhöht werden. Hierbei kann es sich um einen Trägheitseffekt oder um einen Resonanzeffekt der Ansaugluft handeln. So sind bei­ spielsweise bei einer Brennkraftmaschine nach der US-PS 4 803 961 die Zylinder in zwei Reihen oder Gruppen unterteilt, in denen jeweils kein Zylinder unmittelbar nach dem anderen zündet. Für die Zylinder in jeder Reihe sind Einzel-Ansaugkanäle vorgesehen und an eine Kammer mit größerem Volumen angeschlossen. Die Kam­ mern größeren Volumens für die jeweiligen Zylinderreihen sind mit den stromabseitigen Enden eines Paares von lan­ gen Resonanzrohren in Verbindung, deren stromaufseitige Enden miteinander verbunden sind. Außerdem stehen die Kammern größeren Volumens miteinander durch eine kurze Resonanzleitung in Verbindung, die mit einem Auf-Zu-Ven­ til ausgestattet ist.

Bei dieser Brennkraftmaschine läßt sich durch den kine­ tischen Effekt der Ansaugluft über einen weiten Drehzahl­ bereich eine Aufladung erzielen, indem man das Auf-Zu- Ventil in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine öffnet bzw. schließt. Wenn beispielsweise das Auf-Zu-Ventil in einem niedrigen Drehzahlbereich ge­ schlossen ist, dann schwingt die Luftsäule zwischen der Einlaßöffnung jedes Zylinders und dem stromaufseitigen Ende des langen Resonanzrohres aufgrund einer negativen Druckwelle, die beim Ansaughub des Zylinders erzeugt wird. Stimmt die Maschinendrehzahl mit der Eigenfrequenz der Luftsäule überein, dann erreicht die Schwingungs­ amplitude der Luftsäule ein Maximum und man erhält einen Resonanz-Aufladeeffekt, durch den der Liefergrad erhöht wird. Ist im hohen Drehzahlbereich der Maschine das Auf- Zu-Ventil offen, dann wird die Luftsäule zwischen der Einlaßöffnung jedes Zylinders und der Kammer größeren Vo­ lumens für die andere Zylinderreihe, mit welcher der Zy­ linder über die kurze Resonanzleitung verbunden ist, durch die genannte negative Druckwelle angeregt und zum Schwingen gebracht. Wenn die Maschinendrehzahl auf die Eigenfrequenz der Luftsäule abgestimmt ist, erreicht die Schwingungsamplitude der Luftsäule ein Maximum, und man erhält einen weiteren Resonanz-Aufladeeffekt, durch den der Liefergrad wieder erhöht wird. Steigt die Maschinen­ drehzahl noch weiter an, dann wird eine negative Druck­ welle, die zu Beginn des Ansaughubes jedes Zylinders er­ zeugt wird, als positive Druckwelle an der Kammer größe­ ren Volumens reflektiert, pflanzt sich stromabwärts fort und wirkt auf denselben Zylinder am Ende des Ansaughubes im Sinn einer Aufladung des Zylinders durch den Träg­ heitseffekt der Ansaugluft. Der Trägheits-Aufladeeffekt wird bei einer bestimmten Maschinendrehzahl ein Maximum, die in der Hauptsache durch den jeweiligen Einzel-Ansaug­ kanal bestimmt ist.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art (EP 265 960 A2) sind die Einzel-Ansaugkanäle an Fortsetzungen der Zweig-Ansaugleitungen angeschlossen, wobei diese Fortsetzungen in ihrem stromaufseitigen Abschnitt und an ihrem stromabseitigen Ende durch eine kurze Verbindungsleitung miteinander verbunden sind und dadurch eine Ringleitung bilden. In den Verbindungsleitungen ist jeweils eine AUF-ZU-Ventileinrichtung angebracht. In einem niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine sind die Ventileinrichtungen geschlossen, so daß jeweils nur die Einzel-Ansaugkanäle der Zylinderbank miteinander verbunden sind, welcher der entsprechende Teil der Ringleitung zugeordnet ist. Im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine hingegen sind die Ventileinrichtungen geöffnet, so daß durch die Ringleitung alle Einzel-Ansaugkanäle miteinander in Verbindung stehen. Bei diesem bekannten Ansaugsystem bilden somit die Fortsetzungen der Zweig-Ansaugleitungen, von denen die Einzel-Ansaugkanäle ausgehen, selbst die Ringleitung.

Bei einem weiteren bekannten Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine (JP 2-104 917 A) erweitern sich die Zweig-Ansaugleitungen jeweils zu Sammelrohren, von denen die Einzel-Ansaugkanäle zu der jeweils zugeordneten Zylinderbank ausgehen. Die Sammelrohre sind an ihren stromabseitigen Enden durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden, so daß auch bei diesem Ansaugsystem eine Ringleitung durch die Zweig-Ansaugleitungen, die Sammelrohre und die genannte Verbindungsleitung gebildet ist. Zusätzlich zu den genannten Einzel-Ansaugkanälen gehen von den Sammelrohren auch kurze Verbindungsleitungen aus, über welche das jeweilige Sammelrohr mit denjenigen Einzel-Ansaugkanälen in Verbindung steht, die von dem gegenüberliegenden Sammelrohr ausgehen. In diesen kurzen Verbindungsleitungen sind Drosselventile einer Ventileinrichtung angeordnet, mittels der die Ansaugluftströmung durch die kurzen Verbindungsleitungen in die Einzel-Ansaugkanäle hinein gesteuert werden kann.

Im allgemeinen sind der Resonanz-Aufladeeffekt und der Trägheits-Aufladeeffekt voneinander nicht unabhängig, sondern stehen in einer Beziehung zueinander, und zwar beispielsweise über die Leitungslänge des Ansaugsystems als Parameter. Das heißt, wenn bei einer bestimmten Ma­ schinendrehzahl ein Trägheits-Aufladeeffekt erzielt wird, dann stellt sich ein Resonanz-Aufladeeffekt entsprechend dem Trägheits-Aufladeeffekt bei einer besonderen Maschi­ nendrehzahl ein, die unter der erstgenannten Maschinen­ drehzahl liegt.

Es ist weiterhin auch bekannt, daß ein hoher positiver Druck eintritt und dadurch ein ausgezeichneter Resonanz- Aufladeeffekt erzielbar ist, wenn die Maschinendrehzahl nahe am Resonanz-Abstimmpunkt liegt, während der negative Druck rapide ausgeprägter wird, sobald die Maschinen­ drehzahl sich von dem Resonanz-Abstimmpunkt entfernt. Diese Tendenz verstärkt sich, wenn die Resonanz-Abstimm­ drehzahl der Maschine steigt. Insbesondere dann, wenn der Trägheits-Abstimmpunkt nahe der maximal zulässigen Dreh­ zahl liegt, beeinträchtigt der Resonanz-Aufladeeffekt, den man bei einer unter der oberen Grenze liegenden Ma­ schinendrehzahl erzielt, den Trägheits-Aufladeeffekt, den man in der Nähe der oberen Drehzahlgrenze erhält. Somit läßt sich die Ausgangsleistung der Maschine durch den nahe der maximal zulässigen Drehzahl an sich erzielbaren Trägheits-Aufladeeffekt nicht zufriedenstellend steigern.

Ausgehend von diesen Überlegungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem das Leistungsverhalten der Maschine besonders im hohen Dreh­ zahlbereich durch einen kinetischen Effekt der Ansaugluft dahingehend verbessert werden kann, daß ein Resonanz-Aufladeeffekt mit mehr Sicherheit erzielbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus Pa­ tentanspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem entsteht in einem niedrigen Drehzahlbereich, in welchem die Schließventil­ einrichtung geschlossen ist, ein Resonanzsystem durch die Einzel-Ansaugkanäle für die Zylinder in den jeweiligen Zylinderreihen und durch die Zweig-Ansaugleitungen. Ist die Maschinendrehzahl auf die Eigenfrequenz der Luft­ säulenschwingung in diesem Resonanzsystem abgestimmt, dann erreicht die Amplitude der Druckschwingung ein Maxi­ mum und es tritt ein Resonanz-Aufladeeffekt im unteren Drehzahlbereich der Maschine auf. Steigt die Maschinen­ drehzahl bei weiterhin geschlossener Schließventil­ einrichtung an, dann pflanzt sich eine bei dem Ansaughub des Zylinders erzeugte Negativ-Druckwelle stromaufwärts durch die Einzel-Ansaugkanäle für die Zylinder fort und wird an dem stromaufseitigen Ende der Einzel-Ansaugkanäle als positive Druckwelle reflektiert, die wiederum stromabwärts in Richtung auf den Zylinder zurückeilt. Die positive Druckwelle erreicht den Zylinder am Ende des An­ saughubes, so daß dadurch ein Trägheits-Aufladeeffekt er­ zielt wird. Erfindungsgemäß ist nun die Länge jedes der Einzel-Ansaugkanäle so festgelegt, daß der Trägheits-Auf­ ladeeffekt bei einer ersten Maschinendrehzahl erzielt wird, die unter der maximal zulässigen Maschinendrehzahl liegt.

Steht die Schließventileinrichtung offen, dann bildet die Ringleitung zusammen mit den Einzel-Ansaugkanälen für jede Zylinderreihe und der Zweig-Ansaugleitung für die Einzel-Ansaugkanäle das Resonanzsystem.

Im Fall des Resonanz-Aufladeeffekts verändert sich im allgemeinen die Resonanz-Abstimm-Drehzahl der Maschine in Abhängigkeit von dem Volumen des Teils jedes Einzel-An­ saugkanals stromab von dessen Verbindungsstelle mit der Ringleitung, der Länge der Ansaugleitung stromauf von dieser Verbindungsstelle und der mittleren Querschnitts­ fläche der Ansaugleitung stromauf von der Verbindungs­ stelle. Nimmt beispielsweise das effektive Volumen des Teils jedes Einzel-Ansaugkanals stromab von der Verbin­ dungsstelle ab oder verringert man die Länge der Ansaug­ leitung stromauf von der Verbindungsstelle oder steigert man die mittlere Querschnittsfläche der Ansaugleitung stromauf von der Verbindungsstelle, so steigt jeweils die Resonanz-Abstimmdrehzahl der Maschine.

In diesem Fall wirkt die Ringleitung als reine Leitung und die mittlere Querschnittsfläche der Ansaugleitung stromauf von der Verbindungsstelle nimmt zu, wenn die Schließventileinrichtung sich öffnet, und die Resonanz- Abstimmdrehzahl der Maschine nimmt zu, solange die ande­ ren Parameter sich nicht um einen größeren Betrag ändern. Da bei dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem die Länge des Teils jedes Einzel-Ansaugkanals stromab von der Ringlei­ tung so festgelegt ist, daß die auf die Re­ sonanzabstimmung bezogene Trägheits-Schwingabstimmung bei einer zweiten Maschinendrehzahl über der maximal zu­ lässigen Drehzahl erreicht wird, solange die Einzel-An­ saugkanäle mit der Ringleitung in Verbindung stehen, er­ hält man den durch die Resonanzabstimmung bedingten Auf­ ladeeffekt nahe der maximal zulässigen Maschinendrehzahl. Folglich läßt sich die Leistungsabgabe der Brennkraft­ maschine im hohen Drehzahlbereich steigern, ohne daß man dabei von dem Trägheits-Aufladeeffekt abhängig ist.

Da außerdem die Länge jedes der Einzel-Ansaugkanäle, die Position der Verbindungsstelle zwischen der Ringleitung und jedem der Einzel-Ansaugkanäle und die genannte vorbe­ stimmte Maschinendrehzahl so festgelegt sind, daß man eine erste Resonanzabstimmung, eine Trägheits-Schwing­ abstimmung sowie eine zweite Resonanzabstimmung in dieser Reihenfolge bei zunehmender Maschinendrehzahl bis zur ma­ ximal zulässigen Maschinendrehzahl erhält, läßt sich durch den kinetischen Effekt der Ansaugluft über einen weiten Drehzahlbereich der Maschine hinweg ein Auflade­ effekt erzielen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausbildungs­ beispiels der Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nungen sowie aus den Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Frontansicht, teilweise im Querschnitt, eines Ansaugsystems nach der Erfin­ dung;

Fig. 2 eine Draufsicht, teilweise geschnitten, des An­ saugsystems;

Fig. 3 eine Darstellung, die den Mechanismus zum Öffnen und Schließen des Drehventils veranschaulicht und

Fig. 4 einen Graphen, der Wirkungsweise des Ansaug­ systems deutlich macht.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine V6-Brennkraftmaschine 1 mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen An­ saugsystems ausgestattet. Die Brennkraftmaschine weist eine erste bzw. zweite Zylinderbank 1A, 1B auf, wobei in der ersten Zylinderbank 1A der erste, dritte und fünfte Zylinder Nr. 1, Nr. 3 und Nr. 5 und in der zweiten Zy­ linderbank 1B der zweite, vierte und sechste Zylinder Nr. 2, Nr. 4 und Nr. 6 angeordnet sind. Die Zündfolge ist 1- 6-3-4-5-2, d. h. kein Zylinder in einer Zylinderbank zün­ det unmittelbar nach einem Zylinder derselben Bank.

Eine erste Zweig-Ansaugleitung 2A verläuft im wesent­ lichen parallel zu den Zylinderreihen über der zweiten Zylinderbank 1B, während eine zweite Zweig-Ansaugleitung 2B weitgehend parallel zu den Zylinderreihen über der er­ sten Zylinderbank 1A angeordnet ist. Die Zylinder Nr. 1, Nr. 3 und Nr. 5 in der ersten Zylinderbank 1A sind über einen ersten bis dritten Einzel-Ansaugkanal 3 ₁ bis 3 ₃ je­ weils mit der ersten Zweig-Ansaugleitung 2A über der zweiten Zylinderbank 1B verbunden; die Zylinder Nr. 2, Nr. 4 und Nr. 6 in der zweiten Zylinderbank 1B sind ent­ sprechend über einen vierten bis sechsten Einzel-Ansaug­ kanal 3 ₄-3 ₆ mit der zweiten Einzel-Ansaugleitung 2B über der ersten Zylinderbank 1A verbunden. Die ersten bis sechsten Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ stimmen bezüglich der Länge weitgehend überein. Gemäß Fig. 1 verläuft jeder der ersten bis dritten Einzel-Ansaugkanäle, ausgehend von der ersten Zweig-Ansaugleitung 1A, weitgehend horizontal zu der ersten Zylinderbank 1A hin und ist dann nach unten in Richtung auf den zugehörigen Zylinder gekrümmt. Ent­ sprechend erstreckt sich jeder der vierten bis sechsten Einzel-Ansaugkanäle von der zweiten Zweig-Ansaugleitung 1B aus im wesentlichen horizontal zu der zweiten Zy­ linderbank 1B hin und krümmt sich dann nach unten in Richtung auf den jeweils zugehörigen Zylinder.

Die stromaufseitigen Endabschnitte der ersten und zweiten Zweigansaugleitungen 2A, 2B gehen an einer Verbindungs­ stelle 4 in eine gemeinsame Ansaugleitung 5 über.

Ein erstes Ventilgehäuse 6A erstreckt sich über den weit­ gehend horizontal ausgerichteten stromaufseitigen Ab­ schnitten der vierten bis sechsten Einzel-Ansaugkanäle 3 ₄ bis 3 ₆, überkreuzt sie und ist an ihnen befestigt. Dieses erste Ventilgehäuse 6A ist im wesentlichen ein rohrför­ miges Element, dessen Innenraum einen Teil einer nach­ folgend noch zu erläuternden Ringleitung bildet und mit den Einzel-Ansaugkanälen 3 ₄ bis 3 ₆ jeweils über Verbin­ dungslöcher 9A in Strömungsverbindung steht. Ein zweites Ventilgehäuse 6B verläuft entsprechend über den weit­ gehend horizontal ausgerichteten stromaufseitigen Ab­ schnitten der ersten bis dritten Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₃, überkreuzt diese und ist an diesen befestigt. Auch das zweite Ventilgehäuse 6B ist im wesentlichen ein Rohrelement, dessen Innenraum einen Teil der Ringleitung bildet und mit den Einzel-Ansaugkanälen 3 ₁ bis 3 ₃ jeweils über Verbindungslöcher 9B verbunden ist. Die Ventil­ gehäuse 6A und 6B stehen miteinander über ein Paar von Verbindungsleitungen 7 an ihren einander gegenüber­ liegenden Enden in Verbindung, so daß durch ihre Innen­ räume und die Verbindungsleitungen 7 die erwähnte Ringleitung Z gebildet wird. Die Querschnittsfläche jedes der Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ und die Querschnitts­ fläche der Ringleitung Z sind im wesentlichen gleich.

In den Ventilgehäusen 6A, 6B ist jeweils ein erstes bzw. zweites Drehventil 8A, 8B angeordnet und um die Längsachse des jeweils zugehörigen Ventilgehäuses 6A bzw. 6B drehbar. Das erste Drehventil 8A weist drei Öffnungen 10A auf, die mit den Verbindungslöchern 9A ausgerichtet werden können, um den Innenraum des ersten Ventilgehäuses 6A jeweils mit den Einzel-Ansaugkanälen 3 ₄ bis 3 ₆ in Ver­ bindung zu bringen. Außerdem weist das Drehventil 8A ein Paar von Öffnungen 11A auf, die mit den Verbindungslei­ tungen 7 zur Übereinstimmung gebracht werden können, um den Innenraum des ersten Ventilgehäuses 6A mit diesen Verbindungsleitungen in Strömungsverbindung zu bringen. Das erste Drehventil 8A ist an einer Drehwelle 12 be­ festigt, die durch die Stirnfläche des ersten Ventil­ gehäuses 6A hindurch nach außen ragt. Auf entsprechende Weise besitzt das zweite Drehventil 8B drei Öffnungen 10B, die jeweils mit den Verbindungslöchern 9B zur Flucht gebracht werden können, um hierdurch den Innenraum des zweiten Ventilgehäuses 6B jeweils mit den Einzel-An­ saugkanälen 3 ₁ bis 3 ₃ in Verbindung zu bringen. Ebenso weist das zweite Drehventil 8B ein Paar von Öffnungen 11B auf, die auf die Verbindungsleitungen 7 hin ausgerichtet werden können, um den Innenraum des zweiten Ventilge­ häuses 6B mit diesen Verbindungsleitungen in Strömungs­ verbindung zu bringen. Das zweite Drehventil 8B ist an einer anderen Drehwelle 12 befestigt, die durch eine Stirnseite des zweiten Ventilgehäuses 6B hindurch nach außen ragt.

Wenn sich die Drehventile 8A und 8B in der aus Fig. 2 er­ kennbaren Drehstellung befinden, in welcher sie die In­ nenräume der beiden Ventilgehäuse mit dem ersten bis sechsten Einzel-Ansaugkanal 3 ₁ bis 3 ₆ sowie mit den Ver­ bindungsleitungen 7 in Verbindung bringen, stehen alle sechs Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ untereinander durch die Ringleitung Z in Verbindung.

Die Abstimm-Drehzahl N_I1, bei der bei geschlossener Ringleitung Z der durch die Trägheit der Luftsäule ein­ tretende Aufladeeffekt ein Maximum wird (diese Drehzahl wird nachfolgend als "erste Abstimm-Drehzahl N_I1" be­ zeichnet) kann durch die folgende Formel angenähert wer­ den:

in welcher l die äquivalente Leitungslänge jedes Einzel- Ansaugkanals (in Meter), R die Öffnungsdauer des Ansaug­ ventils (in Grad), a die Schallgeschwindigkeit (m/s) , f die mittlere Querschnittsfläche des Einzel-Ansaugkanals und Vm das mittlere Volumen des Brennraums während des Ansaughubes bedeuten.

Da in einer V6-Maschine die Öffnungsdauer des Ansaug­ ventils im allgemeinen 240° beträgt, läßt sich die obige Formel auch schreiben als:

Die Abstimm-Drehzahl N_I2, bei der bei geöffneter Ring­ leitung Z der durch die Trägheit der Luftsäule eintre­ tende Aufladeeffekt ein Maximum wird (diese Drehzahl wird nachfolgend als "zweite Abstimm-Drehzahl N_I2" bezeichnet) läßt sich annähern durch die folgende Formel:

in welcher lo die äquivalente Leitungslänge des Teils je­ des Einzel-Ansaugkanals stromabwärts von der Ringleitung Z bedeutet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die äquivalente Leitungslänge l jedes der Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ so festgelegt, daß die erste Abstimm-Drehzahl N_I1 nied­ riger als die maximal zulässige Maschinendrehzahl Nmax ist. Die äquivalente Leitungslänge lo des Teils jedes Einzel-Ansaugkanals stromabwärts von der Ringleitung Z ist so gewählt, daß die zweite Abstimm-Drehzahl N_I2 über der maximal zulässigen Maschinendrehzahl Nmax liegt.

Weiterhin sind bei dieser Ausführungsform die äquivalente Länge Lo des Teils der Ansaugleitung, der an dem Punkt P1 (Verbindungsstelle des zweiten Einzel-Ansaugkanals 3 ₂ mit der Ringleitung Z) und an den Punkt P2 (Verbindungsstelle des fünften Einzel-Ansaugkanals 3 ₅ mit der Ringleitung Z) anschließt und sich über die Verbindungsstelle 4 hinweg erstreckt, die äquivalente Leitungslänge L1 des oberen Teils der Ringleitung Z (d. h. des Teils der Ringleitung Z über den Punkten P1 und P2 in Fig. 2) und die äqui­ valente Leitungslänge L2 des unteren Teils der Ring­ leitung Z (d. h. des Teils der Ringleitung Z unter den Punkten Pl und P2 in Fig. 2) einander gleich gewählt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das Ansaugsystem nach die­ ser Ausführungsform außerdem mit Betätigungsvorrichtungen 15 ausgestattet, welche die Drehwellen 12 über Hebel 13 und Stößel 14 betätigen. Ein Vakuumbehälter 17 beauf­ schlagt die Betätigungsvorrichtungen 15 über 3-Wege-Ma­ gnetventile 16 mit negativem Arbeitsdruck und eine Steuereinrichtung 18 steuert das 3-Wege-Magnetventil 16 hierbei. Die Steuereinrichtung 18 erhält von einem Ma­ schinen-Drehzahlfühler 19 ein Drehzahl-Signal S1 und gibt ein Steuersignal So aus, durch welches das Magnetventil 16 die Betätigungsvorrichtungen 15 so beaufschlagt, daß die beiden Drehventile 8A und 8B die Verbindung zwischen den Einzel-Ansaugkanälen 3 ₁ bis 3 ₆ und der Ringleitung Z unterbrechen, wenn die Maschinendrehzahl unter einer vor­ bestimmten Maschinendrehzahl N1 liegt. Ist hingegen die Maschinendrehzahl höher als die vorbestimmte Maschinen­ drehzahl N1, dann erfolgt die Betätigung so, daß die Ein­ zel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ mit der Ringleitung Z in Strö­ mungsverbindung stehen.

Die Wirkungsweise des Ansaugsystems nach diesem Aus­ führungsbeispiel wird nachfolgend anhand von Fig. 4 er­ läutert:

Im Bereich niedriger Maschinendrehzahl, d. h. wenn die Drehzahl unter der vorbestimmten Drehzahl N1 liegt, ste­ hen die Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ nicht miteinander in Verbindung, wie oben erläutert ist. Demzufolge erzeugt in diesem niedrigen Drehzahlbereich eine negative Druck­ welle, die beim Ansaughub jedes Zylinders verursacht wird, eine Druckschwingung mit einer zur Maschinendrehzahl proportionalen Frequenz. Die Druck­ schwingung entsteht in einem Resonanzraum, in dem die er­ ste und zweite Zweig-Ansaugleitung 2A und 2B als Reso­ nanzleitung dienen. Wenn die Druckschwingung auf die Ei­ genfrequenz der Luftsäulenschwingung in dem Resonanzraum abgestimmt ist, nimmt sie ein Maximum an, so daß durch die Resonanz-Schwingsaugrohr-Aufladung der Liefergrad er­ höht wird. Dabei entsteht ein erstes Maximum in der Lei­ stungskurve der Maschine nahe bei der Maschinendrehzahl N_R1, bei der nämlich die Druckschwingung auf die Eigen­ frequenz der Luftsäulenschwingung im Resonanzraum abge­ stimmt ist (vgl. Fig. 4).

Wenn die Maschinendrehzahl in diesem Zustand weiter steigt, läßt sich ein durch die Trägheit der Luftsäule bedingter Schwingsaugrohr-Ladeeffekt erzielen, wobei das stromaufseitige Ende jedes Einzel-Ansaugkanals als ein zur Atmosphäre hin offenes Ende dient. Dadurch erscheint in der Leistungskurve der Maschine ein zweites Maximum in der Nähe der oben erwähnten ersten Abstimm-Drehzahl N_I1.

Steigt die Maschinendrehzahl weiter und überschreitet da­ bei die vorbestimmte Drehzahl N1, so werden das erste und das zweite Drehventil 8A und 8B betätigt, wodurch die Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ mit der Ringleitung Z in Verbindung gebracht werden. Dadurch wird ein Resonanzraum definiert, in welchem ein Leitungsabschnitt, der den Teil der Einzel-Ansaugkanäle 3 ₁ bis 3 ₆ stromauf von der Ringleitung Z umfaßt, die erste und zweite Ansaugleitung 2A und 2B sowie die Ringleitung Z als Resonanzleitung dienen. Demzufolge entsteht ein weiterer Resonanz-Auf­ ladeeffekt bei einer Maschinendrehzahl N_R2, bei der die Druckschwingung, die durch eine beim Ansaughub jedes Zy­ linders entstehende negative Druckwelle erzeugt wird, auf die Eigenfrequenz der Luftsäulenschwingung in dem Reso­ nanzraum abgestimmt ist.

Allgemein kann die Resonanz-Abstimm-Maschinendrehzahl N_R durch die folgende Formel angenähert werden:

in der m die Anzahl von Zylindern in jeder Zylinderreihe, a die Schallgeschwindigkeit (m/s), F die mittlere Quer­ schnittsfläche (m²) der Ansaugleitung stromauf von der Ringleitung Z, L die äquivalente Leitungslänge (m) der Ansaugleitung stromauf von der Ringleitung Z und V das effektive Volumen (m³) der Ansaugleitung stromab von der Ringleitung Z bedeuten.

Da die Anzahl von Zylindern in jeder Zylinderbank bei der vorliegenden Ausführungsform 3 beträgt, läßt sich die obige Formel folgendermaßen umschreiben:

Wendet man diese Formel auf die Maschinendrehzahl N_R2 an, dann läßt sich letztere durch die folgende Formel annä­ hern:

Da f angenähert F ist, liegt die Maschinendrehzahl N_R2 über der ersten Abstimmdrehzahl N_I1. Somit entsteht in der Leistungskurve der Maschine ein drittes Maximum nahe der Drehzahl N_R2, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Da die Länge des Teils jedes Einzel-Ansaugkanals 3 ₁ bis 3 ₆ stromab von der Ringleitung Z so gewählt ist, daß die zweite Abstimm- Drehzahl N_I2 (bei welcher der auf den zweiten Resonanz- Aufladeeffekt - bei der Maschinendrehzahl N_R2 - bezogene Trägheits-Aufladeeffekt erzielt wird) über der maximal zulässigen Maschinendrehzahl Nmax liegt, entsteht in der Praxis das Maximum aufgrund der Trägheits-Aufladung bei der zweiten Abstimm-Drehzahl N_I2 nicht.

Wie oben bereits erwähnt, sind bei der vorliegenden Aus­ führungsform die äquivalente Länge Lo, die äquivalente Leitungslänge L1 und die äquivalente Leitungslänge L2 entsprechend der obigen Definition einander gleich. Dem­ zufolge sind die Resonanzfrequenzen f(Lo), f(L1) und f(L2) einander gleich und die Druckwellen pflanzen sich durch den Teil der Ansaugleitung zwischen den Punkten P1 und P2, den oberen Teil der Ringleitung Z und den unteren Teil der Ringleitung Z weitgehend in Phase fort und bauen sich an den Punkten P1 und P2 zu stärkeren überlagerten Druckwellen auf, wodurch ein Resonanz-Aufladeeffekt mit mehr Sicherheit erzielbar ist.

Claims (4)

1. Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Zylinderreihe (1A, 1B) mit jeweils mehreren Zylindern, wobei die Zündreihenfolge so festgelegt ist, daß die Zylinder in jeder Reihe nicht unmittelbar aufeinanderfolgend zünden,

• - mit einer für beide Zylinderreihen (1A, 1B) gemeinsam, zur Atmosphäre hin offenen Ansaugleitung (5), von der zu den Zylinderreihen eine erste und eine zweite Zweig-Ansaugleitung (2A, 2B) abzweigen,
• - mit einer ersten Gruppe von Einzel-Ansaugkanälen (3₁ bis 3₃), die die erste Zweig-Ansaugleitung (2A) mit den Zylindern (#1, #3, #5) der ersten Zylinderreihe verbinden,
• - mit einer zweiten Gruppe von Einzel-Ansaugkanälen (3₄ bis 3₆), die die zweite Zweig-Ansaugleitung (2B) mit den Zylindern der zweiten Zylinderreihe (#2, #4, #6) verbinden,
• - mit einer Ringleitung (Z), die mit jedem Einzel-Ansaugkanal (3₁ bis 3₆) verbindbar ist, und
• - mit einer Ventileinrichtung (8A, 8B), die bei einer über einem vorbestimmten Wert (N₁) liegenden Maschinendrehzahl die Einzel-Ansaugkanäle (3₁ bis 3₆) über die Ringleitung (Z) miteinander verbindet und bei einer nicht über dem Wert (N₁) liegenden Drehzahl die Verbindung über die Ringleitung (Z) unterbricht,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Ringleitung (Z) als eine von den Zweig-Ansaugleitungen (2A, 2B) getrennte Leitung ausgebildet ist,
• - daß jeder Einzel-Ansaugkanal (3₁ bis 3₆) in seinem Mittelabschnitt über ein Ventil (8A, 8B) der Ventileinrichtung mit der Ringleitung (Z) verbindbar ist,
• - daß die Länge jedes Einzel-Ansaugkanals (3₁ bis 3₆) so gewählt ist, daß bei unterbrochener Verbindung zur Ringleitung (Z) eine erste Trägheitsaufladeeffekt-Schwingungsabstimmung bei einer ersten Drehzahl (nI1) erzielt wird, die unter dem vorbestimmten Wert (N1) der Drehzahl liegt, und
• - daß die Länge des stromab der Ringleitung (Z) liegenden Teils jedes Einzel-Ansaugkanals (3₁ bis 3₆) so gewählt ist, daß bei bestehender Verbindung mit der Ringleitung (Z) eine zweite Trägheitsaufladeeffekt-Schwingungsabstimmung bei einer zweiten Drehzahl (N_I2) erzielt wird, die über der maximal zulässigen Drehzahl (N_max) liegt.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennkraftmaschine zwei in V-Form angeordnete Zylinderbänke (1A, 1B) aufweist, wobei die Zylinder der ersten Zylinder­ reihe hintereinander in der ersten Zylinderbank (1A) und die Zylinder der zweiten Zylinderreihe hintereinander in der zweiten Zylinderbank (1B) angeordnet sind, daß die erste Zweig-Ansaugleitung (2A) im wesentlichen parallel zu den Zylinderreihen über der zweiten Zylinderbank (1B) und die zweite Zweig-Ansaugleitung (2B) im wesentlichen parallel zu den Zylinderreihen über der ersten Zylinder­ bank (1A) verlaufen und daß die Einzel-Ansaugkanäle (3 ₁ bis 3 ₃) für die Zylinder der ersten Zylinderbank (1A) von der ersten Zweig-Ansaugleitung (2A) zunächst weitgehend horizontal zu der ersten Zylinderbank (1A) hin verlaufen und dann zu dem jeweils zugehörigen Zylinder nach unten gekrümmt sind, während die Einzel-Ansaugkanäle (3 ₄ bis 3 ₆) für die Zylinder der zweiten Zylinderbank (1B) von der zweiten Zweig-Ansaugleitung (2B) zunächst weitgehend horizontal zu der zweiten Zylinderbank (1B) hin verlaufen und dann zu dem jeweils zugehörigen Zylinder nach unten gekrümmt sind.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringleitung (Z) weitgehend horizontal über den Einzel-Ansaugkanälen 3 ₁ bis 3 ₆ ausgerichtet ist und mit jedem Einzel-Ansaugkanal an dessen mittleren Abschnitt in Verbindung steht, der im wesentlichen horizontal von der entsprechenden Zweig-Ansaugleitung (2A, 2B) ausgehend verläuft.

4. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Resonanz-Aufladeeffekts bei einer Maschinendrehzahl (N_R1) unter dem vorbestimmten Wert (N₁) ein Resonanzraum durch die Einzel-Ansaugkanäle (3₁ bis 3₆) und die Zweig-Ansaugleitungen (2A, 2B) gebildet ist und zur Erzielung eines Resonanz-Aufladeeffekts bei einer Maschinendrehzahl (N_R2) über dem vorbestimmten Wert (N₁) ein Resonanzraum durch die Einzel-Ansaugkanäle (3₁ bis 3₆), die Zweig-Ansaugleitungen (2A, 2B) und die Ringleitung (Z) gebildet ist.