DE4132624A1 - Variable flow inlet manifold for optimum operation over range of speeds of IC engine - has widened duct near to engine with additional inlet ports regulated by rotating sleeve shutter - Google Patents

Variable flow inlet manifold for optimum operation over range of speeds of IC engine - has widened duct near to engine with additional inlet ports regulated by rotating sleeve shutter

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Abstract

The inlet manifold has a fixed length inlet duct (2) which is connected to a wider duct (3) near to the engine by a larger diameter cylindrical section (4) with radial ports (5) closed by an inner rotating ring (6) with corresp. ports. The ring is rotated to adjust the additional airflow into the manifold to suit the varying demands of the engine. The idling condition of the engine is provided by closing the ports. The length of the input manifold is then matched to the engine performance. As the speed/torque increases so the additional ports are progressively opened. The inner rotating ring is supported on bearings and is moved using a vacuum force from a vacuum chamber (7) linked to the inlet manifold. ADVANTAGE - Improved engine efficiency over range of speeds/torque, simple adjustment to inlet manifold.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftansaugan­ lage für Verbrennungsmotoren mit einem Ansaugrohr, durch das die Luft über Filter und Gemischaufberei­ tung dem Motor zugeführt wird.The invention relates to an air intake location for internal combustion engines with an intake pipe, through which the air passes through filters and mixture preparation tion is fed to the engine.

Zur optimalen Leistungsentfaltung eines Verbren­ nungsmotors ist unabdingbar, daß im gesamten Dreh­ zahlbereich ein in der Zusammensetzung optimales Kraftstoff-Luftgemisch den Brennkammern zugeführt wird. Die Anpassung des Kraftstoffanteiles läßt sich über moderne, häufig elektronisch gesteuerte Gemischaufbereitung problemlos einstellen und an die momentanen Bedürfnisse anpassen. Im Hinblick auf die gleichermaßen zur Verbrennung benötigte Luft gilt folgendes: Bei niederen Drehzahlen ist aufgrund der sich im Ansaugrohr ausbildenden Druck­ wellen zur Erreichung einer optimalen Zylinderfül­ lung von entscheidendem Vorteil, eine große An­ sauglänge zu wählen. Der damit verbundene hohe Strömungswiderstand erweist sich aufgrund der ver­ gleichsweise geringen pro Zeiteinheit benötigten Luftmenge nicht als Nachteil. Bei kurzen Rohrlängen würden aufgrund von Resonanzphänomenen die Füllung der Zylinder unzureichend. Bei hohen Drehzahlen be­ steht das Hauptproblem darin, eine möglichst große Menge an Verbrennungsluft pro Zeiteinheit zuzufüh­ ren, was die Verwendung kurzer Ansaugrohre, also Rohre mit geringem Strömungswiderstand und hohem Durchlaßquerschnitt zur Bedingung hat. Bereits aus diesen Ausführungen ergibt sich, daß bei dem übli­ cherweise verwendeten starren Ansaugrohr optimale Verhältnisse nur für einen bestimmten Drehzahlbe­ reich vorliegen können. Die nachteilige Folge ist, daß das durch den Motor entwickelte Drehmoment im unteren oder im oberen Drehzahlbereich vom optima­ len Verlauf abweicht, d. h. daß der Durchzug des Motors bei niederen Drehzahlen mangelhaft ist oder aber sein aufgrund der Motorkonstruktion grundsätz­ liches mögliches Leistungsmaximum nicht vollständig erreicht. Zwar ist es bekannt, das Ansaugrohr nach Art eines Teleskopes auszubilden und die Länge zu verändern, um sich den optimalen Verhältnissen weitgehend annähern zu können. Durch die fehlende Querschnittsveränderung ist der eintretende Erfolg begrenzt.For optimal performance of a combustion voltage motor is essential that in the whole shoot number range an optimal composition Fuel-air mixture supplied to the combustion chambers becomes. The adjustment of the fuel percentage leaves modern, often electronically controlled Mixture preparation is easy to set and on adapt the current needs. With regard to those equally needed for combustion Air applies the following: At low speeds is due to the pressure developing in the intake pipe waves to achieve an optimal cylinder filling crucial advantage, a big challenge suction length to choose. The associated high Flow resistance proves due to the ver equally low required per unit of time Air volume not a disadvantage. With short pipe lengths would fill due to resonance phenomena the cylinder is insufficient. At high speeds be the main problem is to make it as big as possible Amount of combustion air per unit time ren what the use of short intake manifolds, so Pipes with low flow resistance and high Passage cross section has the condition. Already out  These statements show that the übli Rigid suction pipe used optimally Ratios only for a certain speed can be rich. The disadvantageous consequence is that the torque developed by the motor in lower or upper speed range of the optima len deviates, d. H. that the passage of the Motor is defective at low speeds or but its basic due to the engine design possible maximum performance is not complete reached. It is known that the intake pipe after Form kind of a telescope and the length too change to the optimal conditions to be able to approximate largely. Because of the missing Cross-sectional change is the onset of success limited.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Wei­ terentwicklung von Ansaugrohren für Verbrennungsmo­ tore dahingehend zur Aufgabe gemacht, daß im ge­ samten Drehzahlbereich in optimaler Weise eine aus­ reichende Menge an Verbrennungsluft zur Verfügung steht.Proceeding from this, the invention has the Wei Development of intake pipes for combustion engines gates to the effect that in ge entire speed range in an optimal way sufficient amount of combustion air is available stands.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Länge des Ansaugrohres so gewählt ist, daß eine optimale Zuführung von Verbrennungsluft bei niederen Drehzahlen erfolgt, daß sich das Ansaug­ rohr zur Motorseite hin in seinem Querschnitt ver­ breitert und in diesem Bereich Einlässe aufweist, die über eine Steuerung einstellbar sind, wobei die Steuerung entsprechend dem momentanen Betriebszu­ stand des Motors erfolgt.According to the invention, this object is achieved by that the length of the intake pipe is chosen so that an optimal supply of combustion air low speeds that the intake Verify the cross section of the pipe towards the motor side broadens and has inlets in this area, which are adjustable via a control, the  Control according to the current operating condition state of the engine.

Das Ansaugrohr wird in seiner Länge und in seinem äußeren Querschnitt so bemessen, daß eine optimale Füllung bei niederen Drehzahlen in an sich bekann­ ten Weise eintritt. Im Unterschied zum Stande der Technik jedoch verbreitert sich der Querschnitt des Ansaugrohres in Richtung auf den Motor zu, wobei im Übergangsbereich ein oder mehrere eine Luftzufuhr von außen erlaubende und in ihrem Querschnitt ver­ änder- und einstellbare Einlässe vorhanden sind. Des weiteren ist eine Steuerung hierfür vorhanden, die anhand der Motordaten bzw. des benötigten Be­ darfes die Einlässe in ihrer Einstellung verändert und folglich die Luftzufuhr optimiert. Bei hohen Drehzahlen erhöht sich der Bedarf an Verbrennungs­ luft pro Zeiteinheit, so daß die Auslässe geöffnet werden, was in funktioneller Hinsicht eine Verkür­ zung der Länge des Ansaugrohres und aufgrund der Querschnittsvergrößerung eine Erhöhung der pro Zeiteinheit angesaugten Luftmenge bedingt. Im nie­ deren Drehzahlbereich hingegen bleiben die Einlässe geschlossen, so daß optimale Füllung auch in diesem Drehzahlbereich nach wie vor gegeben ist. Man er­ hält im Ergebnis eine optimale Anpassung an die je­ weils herrschenden Betriebsverhältnisse des Motors.The intake pipe is in its length and in its outer cross-section dimensioned so that an optimal Filling known per se at low speeds th way. In contrast to the state of Technology, however, widens the cross section of the Intake pipe towards the engine, whereby in Transition area one or more an air supply permissible from the outside and ver changeable and adjustable inlets are available. There is also a controller for this, the based on the engine data or the required Be may change the settings of the inlets and consequently optimized the air supply. At high Speeds increases the need for combustion air per unit of time so that the outlets are open become what is a forerunner in functional terms tion of the length of the intake pipe and due to Cross-sectional enlargement an increase in the pro Unit of time sucked air volume conditional. I'm never however, the speed range remains the inlets closed, so that optimal filling also in this Speed range is still given. Man he the result is an optimal adjustment to the ever because of the prevailing operating conditions of the engine.

Die vorteilhaften Folgen sind ein optimaler Verlauf des Drehmomentes im gesamten Drehzahlbereich, was ein weicheres Fahren zuläßt und einen Leistungsge­ winn sowohl von unten heraus als auch im oberen Drehzahlbereich bedeutet. Zudem ist die Einsparung an Kraftstoff in Anbetracht der bereits hohen und sich langfristig weiter erhöhenden Kraftstoffpreise entscheidend.The beneficial consequences are an optimal course of torque across the rev range, what allows a softer driving and a performance winn both from the bottom and the top Speed range means. In addition, the saving  of fuel given the already high and increasing fuel prices in the long term crucial.

Die konkrete Ausgestaltung der die Einlässe betäti­ genden Steuerung ist im Rahmen der Erfindung grund­ sätzlich beliebig. Eine als bevorzugt zu bezeich­ nende Ausführungsform besteht darin, daß im motor­ seitigen Bereich des Ansaugrohres eine Unterdruck­ dose angeschlossen ist, über die die Stellung der Einlässe einstell- und veränderbar wird. Ein hoher Unterdruck signalisiert das Fehlen von Verbren­ nungsluft, woraufhin die Einlässe öffnen.The specific design of the entrances Control is basic in the context of the invention any additional. One to be designated as preferred Nende embodiment is that in the engine side area of the intake pipe a negative pressure socket is connected via which the position of the Inlets can be adjusted and changed. A high one Negative pressure signals the absence of scalding air, whereupon the inlets open.

Eine Alternative besteht darin, die Steuerung über eine häufig bereits schon vorhandene Motorelektro­ nik vorzunehmen, die sämtliche Daten des augen­ blicklichen Betriebszustandes des Motors erfaßt und erkennt, ob ausreichend Verbrennungsluft zur Verfü­ gung steht. Diese Information wird zur Einstellung der Einlässe genutzt.An alternative is to use control a motor electric that is often already available nik make all the data of the eyes visible operating state of the engine detected and detects whether sufficient combustion air is available is available. This information becomes a setting of the inlets.

Eine Konkretisierung des für die erfindungsgemäßen Zwecke geeigneten Ansaugrohres besteht darin, daß im Übergangsbereich zwischen dem motorfernen Teil des Ansaugrohres geringen Querschnittes und dem mo­ tornahen mit größeren Querschnitt eine koaxial zur Strömungsrichtung angeordnete und in radialer Rich­ tung sich erstreckende Trommel angeordnet ist, die Öffnungen aufweist und mit einem drehbaren Innen­ ring versehen ist, der die als Einlässe dienenden Öffnungen entsprechend dem momentanen Betriebszu­ stand mehr oder weniger verschließt. Bei zusätzli­ cher Lagerung des Innenringes sind die zur Verände­ rung der Einstellung aufzubringenden Kräfte beson­ ders gering.A specification of the for the invention Purpose suitable intake pipe is that in the transition area between the part remote from the engine of the intake pipe of small cross-section and the mo close to the gate with a larger cross-section Flow direction arranged and in radial direction tion extending drum is arranged, the Has openings and with a rotatable interior ring is provided, which serves as the inlets Openings according to the current  stood more or less closed. With additional Cher storage of the inner ring are the for change the setting of the forces to be exerted not that much.

Grundsätzlich ist unerheblich, ob die auf der Trom­ mel angeordneten Einlässe in radialer oder in axi­ aler Richtung ausgerichtet sind. Unter Strömungsge­ sichtspunkten ist eine Anordnung in axialer Rich­ tung von Vorteil ist, da eine Umlenkung der in die­ sen Bereich eintretenden Luft in einem rechten Win­ kel entfällt und die Ausbildung von Turbulenzen un­ terdrückt wird.It is basically irrelevant whether the on the Trom mel arranged inlets in radial or in axi are aligned in all directions. Under flow ge viewpoints is an arrangement in the axial direction tion is advantageous because a redirection of the air entering this area in a right win no longer exists and the formation of turbulence is suppressed.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert wird.Further details, features and advantages of the Er can be found in the following description Take part of the exercise in the drawing an embodiment of the invention in more detail is tert.

Sie zeigt in prinzipienhafter Darstellung das er­ findungsgemäße Ansaugrohr, wobei ein Teil der Vor­ richtung in Querschnittsdarstellung, im übrigen je­ doch in Seitenansicht wiedergegeben ist.It shows in a principle representation that he Intake pipe according to the invention, part of the front direction in cross-sectional representation, the rest of each is reproduced in a side view.

Das erfindungsgemäße Ansaugrohr (1) besteht aus ei­ nem motorfernen, hier rechten Teil (2) und einem motornahen, diesem also gegenüberliegenden linken Teil (3) mit demgegenüber größerem Querschnitt. Im Übergangsbereich ist die in radialer Richtung sich über beide Teile (2, 3) des Ansaugrohres (1) hinaus sich erstreckende Trommel (4) koaxial angeordnet. Die Trommel (4) weist über ihrem Umfang sich in ra­ dialer Richtung erstreckende, als Einlässe (5) die­ nende Öffnungen sowie einen um seinen Azimut ver­ stellbaren ebenfalls axiale Öffnungen aufweisenden Innenring (6) auf, der kugelgelagert ist und auf­ grund seiner Stellung relativ zur Trommel (4) die Einlässe (5) mehr oder weniger verschließt und die Menge der hierdurch eintretenden Luft einstellt und bestimmt.The intake pipe ( 1 ) according to the invention consists of egg nem remote, here right part ( 2 ) and a close to the engine, so this opposite left part ( 3 ) with a larger cross section. In the transition region, the drum ( 4 ), which extends in the radial direction beyond both parts ( 2 , 3 ) of the intake pipe ( 1 ), is arranged coaxially. The drum ( 4 ) has over its circumference extending in ra dialer direction, as inlets ( 5 ) the nende openings and an adjustable to its azimuth also axial openings inner ring ( 6 ), which is ball-bearing and due to its position relative to the drum ( 4 ) more or less closes the inlets ( 5 ) and adjusts and determines the amount of air entering thereby.

In funktioneller Hinsicht wird die über die Ein­ lässe (5) eintretende Luft der über den rechten Teil (2) des Ansaugrohres einströmenden Luft addi­ tiv überlagert und über den demgegenüber sich ver­ breiterten Querschnitt von Teil 3 dem Motor zuge­ führt. Die Einstellung des Innenringes (6) erfolgt in beliebiger Weise zwischen den beiden Extremstel­ lungen, nämlich einerseits dem vollständigen Ver­ schließen der Einlässe (5), so daß die angesaugte Verbrennungsluft einzig über Teil 2, d. h. über die gesamte Länge des Ansaugrohres zum Motor gelangt. Dies entspricht der optimalen Einstellung bei nie­ deren Drehzahlen. Im anderen Extremfall sind die Einlässe (5) vollständig geöffnet und die Verbren­ nungsluft gelangt zum größten Teil radial über die Einlässe (5) ins Innere des Teiles 3 des Ansaugroh­ res. Der überwiegende Teil der angesaugten Verbren­ nungsluft durchströmt demzufolge nicht die gesamte Länge des Ansaugrohres (1). Statt dessen erhöht sich die pro Zeiteinheit für die Verbrennung zur Verfügung stehende Luft beträchtlich. Dieser Be­ triebszustand eignet sich in optimaler Weise für den hohen Drehzahlbereich.From a functional point of view, the air entering through the inlets ( 5 ) is superimposed on the air flowing in via the right-hand part ( 2 ) of the intake pipe and leads to the engine via the widened cross-section of part 3 . The setting of the inner ring ( 6 ) takes place in any way between the two extreme positions, namely, on the one hand, the complete closure of the inlets Ver ( 5 ), so that the intake combustion air only reaches part 2 , ie over the entire length of the intake pipe to the engine. This corresponds to the optimal setting at never their speeds. In the other extreme case, the inlets ( 5 ) are completely open and the combustion air for the most part comes radially through the inlets ( 5 ) into the interior of part 3 of the intake pipe. The majority of the intake combustion air therefore does not flow through the entire length of the intake pipe ( 1 ). Instead, the air available for combustion per unit of time increases considerably. This operating condition is ideal for the high speed range.

Zur Steuerung der Einlässe (5) wird der Innenring (6) im Azimut gedreht, was im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel über eine Unterdruckdose (7) ge­ schieht, wobei die die Leichtgängigkeit der Ver­ stellung des Innenringes (6) gewährleistende Lager (8) sich als entscheidender Vorteil erweisen. Die Unterdruckdose (7) ist am motorseitigen Ende des Ansaugrohres (1) befestigt und erfaßt über die je­ weils herrschenden Druckverhältnisse im Ansaugrohr (1) den Betriebszustand und die Notwendigkeit der Zuführung von Verbrennungsluft.To control the inlets ( 5 ), the inner ring ( 6 ) is rotated in azimuth, which happens in the exemplary embodiment shown via a vacuum box ( 7 ), the smoothness of the adjustment of the inner ring ( 6 ) ensuring bearings ( 8 ) as prove decisive advantage. The vacuum box ( 7 ) is attached to the engine end of the intake pipe ( 1 ) and detects the prevailing pressure conditions in the intake pipe ( 1 ), the operating state and the need for the supply of combustion air.

Im Ergebnis erhält man ein Ansaugrohr, das für je­ den Betriebszustand, d. h. für jeden Drehzahlbereich in optimaler Weise die Verbrennungsluft zur Verfü­ gung stellt.As a result, you get an intake pipe that for each the operating status, d. H. for every speed range the combustion air in an optimal way supply.

Claims (6)

1. Luftansauganlage für Verbrennungsmotore, die vor dem Filter und der Gemischaufbereitung (Vergaser, Einspritzanlage) angeordnet ist und aus einem An­ saugrohr besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ansaugrohres (1) so gewählt ist, daß eine optimale Zuführung von Verbrennungsluft bei niede­ ren Drehzahlen erfolgt, daß sich das Ansaugrohr (1) zur Motorseite hin in seinem Querschnitt verbrei­ tert und in diesem Bereich Einlässe (5) aufweist, die über eine Steuerung einstellbar sind, wobei die Steuerung entsprechend dem momentanen Betriebszu­ stand des Motors erfolgt.1. Air intake system for internal combustion engines, which is arranged upstream of the filter and the mixture preparation (carburetor, injection system) and consists of an intake pipe, characterized in that the length of the intake pipe ( 1 ) is selected so that an optimal supply of combustion air at low Ren speeds that the intake pipe ( 1 ) to the engine side widened in its cross section and in this area has inlets ( 5 ) which are adjustable via a controller, the control being carried out according to the current operating state of the engine. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung über eine Unterdruckdose (7) im motorseitigen Teil (3) des Ansaugrohres (1) er­ folgt, derart, daß bei einem Unterdruck im Ansaug­ rohr (1) die Einlässe (5) geöffnet werden.2. Plant according to claim 1, characterized in that the control via a vacuum socket ( 7 ) in the engine-side part ( 3 ) of the intake pipe ( 1 ) it follows, such that at a vacuum in the intake pipe ( 1 ) the inlets ( 5 ) be opened. 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Einlässe (5) die Motorelek­ tronik vornimmt.3. Plant according to claim 1, characterized in that the control of the inlets ( 5 ) undertakes the engine electronics. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (5) durch eine ko­ axial angeordnete und Öffnungen aufweisende Trommel (4) mit einem darin angeordneten, ebenfalls Öffnun­ gen aufweisenden und in ihrer Position verstellba­ ren Innenring (6) gebildet werden.4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inlets ( 5 ) through a ko axially arranged and having openings drum ( 4 ) with a therein, also openings and having their position adjustable inner ring ren ( 6th ) are formed. 5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen gelagerten Innenring (6).5. Plant according to claim 4, characterized by a mounted inner ring ( 6 ). 6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlässe (5) in radialer oder axi­ aler Richtung weisen.6. Plant according to claim 4 or 5, characterized in that the inlets ( 5 ) point in the radial or axial direction.
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