DE4215416A1 - Luftansauganlage für eine Brennkaftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftansauganlage für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Drehmomentverläufe von mit konventionellen Ansauganlagen versehenen Brennkraftmaschinen weisen insbesondere bei vierzylindrigen Brennkraftmaschinen Einbrüche auf, zumeist in mittleren Drehzahlbereichen.

In der gattungsgemäßen DE-34 16 950 A1 ist eine Luftansauganlage mit einem parallel zu einer in einen Saugverteiler mündenden Ansaugleitung angeordneten, nicht durchstömten Behälter offenbart, der stromauf ständig mit der Ansaugleitung verbunden ist und stromab zusätzlich mittels einer verschließbaren Öffnung ankoppelbar ist. Zur Steigerung der Brennkraftmaschinenleistung ist in der verschließbaren Öffnung ein von einer Steuerung in Abhängigkeit von Brennkraftmaschinen-Parametern betätigtes Ventil angeordnet. Die Drosselklappe zur Leistungsteigerung der Brennkraftmaschine ist stromab der verschließbaren Öffnung in der Ansaugleitung angeordnet.

Aus der EP-0 278 117 A2 ist eine Luftansauganlage mit insgesamt drei Sammelbehältern bekannt. Ein erster Sammelbehälter ist mittels Einzelsaugrohren an Zylinder der Brennkraftmaschine angeschlossen und steht über ein Verbindungsrohr mit einem stromauf gelegenen zweiten Behälter in Verbindung, in den die angesaugte Frischluft einströmt. Ein dritter, nicht durchströmter Behälter ist mit einem Rohrstutzen parallel an den zweiten Behälter angeschlossen.

Bei einer vorbestimmten Resonanzdrehzahl der Brennkraftmaschine sind die durch die nicht kontinuierliche Saugwirkung der Zylinder in dem Verbindungsrohr und dem Rohrstutzen angeregten Luftschwingungen phasengleich, wodurch der Liefergrad verbessert werden soll. Der zweite Behälter ist derartig ausgelegt, daß bei einer zweiten vorbestimmten Resonanzdrehzahl diese Schwingungen gegenphasig sind, wodurch der Liefergrad ebenfalls gesteigert werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftansauganlage für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine zu schaffen, die Einbrüche im von der Brennkraftmaschinendrehzahl abhängigen Drehmomentverlauf weitestgehend vermeidet. Zusätzlich soll diese Ansauganlage an bestehenden Brennkraftmaschinen zur Vermeidung von Drehmomenteinbrüchen nachrüstbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Wenn bei einer Brennkraftmaschine die Eigenfrequenz der Luftansauglage nicht mit der durch die Ansaugtakte erzwungenen Ansaugfrequenz übereinstimmt, so kann die Eigenfrequenz des Systemes verschoben und die Höhe der Druckamplituden dadurch vergrößert werden, daß ein mit einem als Helmholtzresonator wirkenden Behälter in Verbindung stehendes, in den Saugverteiler über eine separate Öffnung mündendes Resonanzrohr verwendet wird, wobei in diesem Rohr ein Ventilmittel zur An- und Abkoppelung des Behälters angeordnet ist.

Vorteilhafterweise wird die Füllung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine durch die vergrößerten Druckamplituden erhöht. Diese Erhöhung wird durch ein Abrufen der im Helmholtzresonator gespeicherten Energie zum optimalen Zeitpunkt, d. h. im üblicherweise einen Drehmomenteinbruch aufweisenden Drehzahlbereich, erzielt.

Die Phasenlage der Schwingungen kann durch Änderung der Eigenfrequenz der Luftansauganlage optimal eingestellt werden. Diese Änderung wird durch das variable Ankoppeln von zusätzlichen Volumina erzielt.

Weiterhin vorteilhaft ist die Tatsache, daß die erfindungsgemäße Luftansauganlage bereits zuvor günstige verlaufende Drehmomentbereiche nicht beeinflußt, sie wirkt gezielt nur in zuvor drehmomentschwachen Drehzahlbereichen.

An bereits existierenden Brennkraftmaschinen kann diese Anlage in einfacher Weise nachgerüstet werden, da die vorhandene Luftansauganlage nicht geändert werden muß. Die Verbindungsleitung zwischen Behälter und Saugverteiler wird dabei mit einem Flansch an den vorhandenen Saugverteiler geschraubt. Bezüglich der räumlichen Anordnung des Behälters besteht weitestgehende Freiheit, ein vorhandener, begrenzter Bauraum kann somit optimal ausgenutzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftansauganlage und

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftansauganlage.

Eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine weist einen Saugverteiler 1 auf, der mittels Einzelsaugrohren 2 an nicht gezeigte Brennräume der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. In einer ersten Öffnung 3 des Saugverteilers 1 mündet eine Ansaugluft zuführende Ansaugleitung 4, in der eine Drosselklappe DK zur Leistungsregelung der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

Bezüglich der Luftströmung ist parallel zu dem Saugverteiler 1 ein als Helmholtzresonator ausgebildeter, hohlzylindrischer, nicht durchströmter Behälter 5 angeordnet. In eine zweite Öffnung 6 des Saugverteilers 1, die sich etwa mittig bezüglich dessen Längserstreckung befindet, mündet eine als Resonanzrohr 7 ausgebildete, zylindrische Verbindungsleitung, welche anderenends mit dem Behälter 5 verbunden ist.

Benachbart der Öffnung 6 ist in dem Resonanzrohr 7 als erstes Ventilmittel eine erste Drehklappe 8 angeordnet. Diese Drehklappe 8 wird von einer Druckdose 9 bestätigt, welche über eine erste Druckleitung 10 mit einem Schaltventil 11 verbunden ist. Dieses Ventil wird über eine Steuerleitung 12 von einer elektronischen Steuerung 13 angesteuert. Eine zweite Druckleitung 14 verbindet das Schaltventil 11 mit einem Druckspeicher 15, welcher über eine Versorgungsleitung 16 mit der Ansaugleitung 4 verbunden ist.

In identischer Weise über ein weiteres Schaltventil 20 betätigt und angesteuert ist in dem Resonanzrohr 7 benachbart zu dem Behälter 5 als zweites Ventilmittel eine zweite Drehklappe 21 angeordnet. Innerhalb des Behälters 5 sind als erste und zweite Absperrmittel eine erste und zweite Steuerklappe 22 und 23 angeordnet, welchen Schaltventile 24 und 25 zugeordnet sind. Die Ansteuerung und Betätigung erfolgt in zur ersten Drehklappe 8 analoger Weise.

In einer ersten Variante der in Fig. 1 gezeigten, ersten Ausführungsform ist in der Luftansauganlage lediglich die erste Drehklappe 8 angeordnet. Diese Ausführung kommt zur Anwendung, wenn die Brennkraftmaschine mit einer bekannten Luftansauganlage einen einzelnen, ausgeprägten Drehmomenteinbruch aufweisen würde. Im Betrieb der Brennkraftmaschine nimmt die Steuerung 13 unter anderem ein Drehzahlsignal N der Brennkraftmaschine sowie die Stellung S der Drosselklappe DK auf. Die Drehklappe 8 ist zunächst geschlossen, der Ansaugluftstrom gelangt von der Ansaugleitung 4 aus in den Saugverteiler 1 und strömt von dort durch die Einzelsaugrohre 2 zu den Brennräumen. Bei Erreichen des den zuvor einen Drehmomenteinbruch aufweisenden Drehzahlbereiches gibt die Steuerung 13 über die Steuerleitung 12 ein Signal an das Ventil 11 und die Drehklappe 8 wird geöffnet. Das gesamte Volumen V des Behälters 5 ist an den angesaugten Luftstrom gekoppelt. Infolge des zugeschalteten Resonators werden die durch die Ansaugtakte der Brennkraftmaschine verursachten Druckamplituden verstärkt und eine bessere Füllung der Brennräume erzielt.

Wird der den üblicherweise einen Drehmomenteinbruch aufweisende Drehzahlbereich überschritten, wird die Drehklappe 8 erneut geschlossen.

Eine zweite Variante der ersten Ausführungsform weist alle in Fig. 1 gezeigten Dreh- und Steuerklappen 8, 21 und 22, 23 auf. In zur ersten Variante analoger Weise ist die erste Drehklappe 8 zunächst geschlossen, die Klappen 21, 22 und 23 geöffnet. Zur Vermeidung eines sehr breiten und/oder von mehreren Drehmomenteinbrüchen werden alle Klappen in Registerschaltung derart betätigt, daß das angekoppelte Volumen mit steigender Drehzahl N abnimmt. Nach dem Öffnen der ersten Drehklappe 8 ist das gesamte Volumen V, z. B. vier Liter, des Behälters 5 angekoppelt. Anschließend schließt die erste Steuerklappe 22, so daß ein erstes Volumen V1, z. B. 2,75 Liter, von einem zweiten Volumen V2, z. B. 1,25 Liter, abgetrennt wird. Bei weiter steigender Drehzahl N schließt die zweite Steuerklappe 23, so daß das Volumen V1 in ein drittes und viertes Volumen V3 und V4, z. B. 1,25 Liter und 1,5 Liter geteilt wird. Im weiteren Verlauf wird die zweite Drehklappe 21 geschlossen, als angekoppeltes Volumen steht nur noch ein zwischen der ersten und zweiten Drehklappe 8 und 21 ausgebildetes fünftes Volumen V5 zur Verfügung.

Abschließend wird die erste Drehklappe 8 den Behälter 5 und das Rohr 7 abkoppelnd geschlossen.

Eine zweite Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist ein parallel zu dem Resonanzrohr 7 angeordnetes, ebenfalls als Resonanzrohr wirkendes Verbindungsrohr 30 auf, welches sich von einer dritten Öffnung 31 des Saugverteilers 1 ausgehend zum Behälter 5 erstreckt. Diesem Rohr 30 ist in analoger Weise zum Resonanzrohr 7 als erstes Ventilmittel eine Drehklappe 32 mit einem Mehrwegeventil 33 zugeordnet. Der Behälter 5 weist lediglich die das Volumen V in die Volumina V1 und V2 teilende Steuerklappe 23 auf. In vergleichbarer Weise wie bei der ersten Ausführungsform werden ausgehend von der Steuerung 13 die Ventile 11, 25 und 33 so angesteuert, daß der Behälter 5 zunächst bei geschlossenen Drehklappen 8 und 32 abgekoppelt ist, die Steuerklappe 23 ist geöffnet.

Bei steigender Drehzahl N wird anschließend die Drehklappe 32 geöffnet. Als Resonanzvolumen steht das Volumen V des Behälters 5 zur Verfügung. Im weiteren Verlauf öffnet die Drehklappe 8, das Volumen V ist über beide Verbindungsleitungen angekoppelt. Im Anschluß daran wird die Steuerklappe 23 geschlossen, so daß das Volumen V2 angekoppelt ist.

Abschließend wird durch Schließen der Drehklappen 8 und 32 der Behälter 5 vollständig abgekoppelt, Steuerklappe 23 wird geöffnet.

In beiden Ausführungsformen können die Einzelsaugrohre 2, wie in Fig. 2 gezeigt, eng benachbart zueinander der Öffnung 6 gegenüberliegend gebündelt angeordnet sein, wodurch die verstärkten Druckamplituden ungehindert zur Füllungsverbesserung in die Einzelsaugrohre 2 gelangen können.

Zur Abdeckung weiterer Anforderungen kann die erste Ausführungsform um das als Verbindungsrohr 30 erweitert werden und dieses kann, ebenso wie das Resonanzrohr 7, erste und zweite Ventilmittel aufweisen.

Vorteilhafterweise ist die vorbeschriebene Erfindung auch bei bereits existierenden, mit einer konventionellen Luftansauganlage ausgestatteten Brennkraftmaschine nachrüstbar.

Bekannte Anordnungen weisen typischerweise den mit den Brennräumen verbundenen Saugverteiler 1 mit einer in eine Öffnung 3 mündenden Ansaugleitung 4 sowie ein z. B. für die Gemischaufbereitung benötigtes Drehzahlsignal N auf. Mit Hilfe von Flanschen 34 kann der volumenvariable Helmholtzresonator in Form des Behälters 5, dem Resonanzrohr 7 und den zur Klappenbetätigung notwendigen Ventilen nachgerüstet werden. Dieses erfordert keinen Eingriff in die Brennkraftmaschinensteuerung, da bereits das vorhandene Drehzahlsignal ausreichend zum Betreiben der erfindungsgemäßen Luftansauganlage ist.

Die räumliche Lage des Behälters 5 kann abweichend von der schematischen Darstellung der Fig. 1 und 2 dem vorhandenen Bauraum angepaßt werden. Beispielsweise läßt sich bei einer in einem Kraftfahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine der Behälter 5 in einem Hohlraum der Karosserie anordnen. Die Länge des Resonanzrohres 7 kann dabei ohne Funktionseinschränkung im Bereich von ca. 350 mm bis 600 mm variieren.

Claims (8)

1. Luftansauganlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer Ansaugleitung (4), welche in einen mit Zylindern der Brennkraftmaschine verbundenen Saugverteiler (1) mündet und eine Drosselklappe (DK) aufweist, und mit einem nicht durchströmten Behälter (5), welcher mit von einer Steuerung (13) betätigten Ventilmitteln an die angesaugte Luftströmung ankoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugleitung (4) in eine erste Öffnung (3) des Saugverteilers (1) mündet und der Behälter (5) mittels einer stromab der Drosselklappe (DK) in eine zweite Öffnung (6) des Saugverteilers (1) mündenden Verbindungsleitung (Resonanzrohr 7) mit dem Saugverteiler (1) verbunden ist, wobei in der Verbindungsleitung (Resonanzrohr 7) mindestens ein erstes Ventilmittel (erste Drehklappe 8) angeordnet ist.

2. Ansauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters (5) mindestens ein erstes Absperrmittel (Steuerklappe 22) den Behälter (5) in ein erstes und zweites Volumen (V1 und V2) trennend angeordnet ist, wobei das Resonanzrohr (7) in das erste Volumen (V1) mündet und das zweite Volumen (V2) mittels der ersten Absperrmittel (Steuerklappe 22) zuschaltbar ist.

3. Ansauganlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Resonanzrohr (7) ein Verbindungsrohr (30) zwischen einer dritten Öffnung (31) des Saugverteilers (1) und dem Behälter (5) angeordnet ist und daß die erste Drehklappe (8) benachbart der zweiten Öffnung (6) angeordnet ist.

4. Ansauganlage nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des ersten Volumens (V1) ein zweites Absperrmittel (Steuerklappe 23) dieses Volumen (V1) in ein drittes und ein viertes Volumen (V3 und V4) trennend angeordnet ist, wobei das Resonanzrohr (7) in das zwischen dem zweiten und dem dritten Volumen (V2 und V3) angeordnete vierte Volumen (V4) mündet.

5. Ansauganlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Resonanzrohr (7) benachbart zu dem Behälter (5) ein zweites Ventilmittel (Drehklappe 21) angeordnet ist, wodurch ein fünftes Volumen (V5) zwischen den beiden im Resonanzrohr (7) angeordneten Drehklappen (8 und 21) ausgebildet ist.

6. Ansauganlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungsrohr (30) benachbart zu dem Saugverteiler (1) ein erstes Ventilmittel (Drehklappe 32) und benachbart zu dem Behälter (5) ein zweites Ventilmittel angeordnet ist.

7. Ansauganlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanzrohr (7) etwa mittig bezüglich der Längserstreckung des Saugverteilers (1) in die erste Öffnung (3) mündet.

8. Ansauganlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsaugrohre (2) der Öffnung (3) gegenüberliegend gebündelt angeordnet sind.