DE4315129C2 - Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Luftansaugsystem einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Leistung einer Brennkraftmaschine ist direkt proportional zu dem Produkt aus ihrem Hubvolumen und dem Mitteldruck. Soll eine bezüglich Abgasmenge und Kraftstoffverbrauch ungünstige Vergrößerung des Hubvolumens vermieden werden, so bleibt zur Leistungssteigerung eine gezielte Erhöhung des Mitteldruckes. Hierdurch steigt auch das Drehmoment der Brennkraftmaschine, da sich dieses direkt aus dem oben genannten Produkt ergibt.
Aus der DE 38 20 674 A1 ist ein gattungsgemäßes Luftansaugsystem für eine zweireihige Brennkraftmaschine mit zwei Resonanzbehältern bekannt. Die Zylinder jeder Zylinderreihe sind über jeweils ein Saugrohr an einen der beiden Resonanzbehälter angeschlossen. Zwischen den beiden Resonanzbehältern ist eine der Gesamtzylinderzahl entsprechende Anzahl von Verbindungsrohren angeordnet. In jedem der Saugrohre ist ein schwenkbarer Saugrohrabschnitt angeordnet. In einer Schaltstellung dieser Saugrohrverlängerungen sind die jeweiligen Saugrohre mit dem direkt benachbarten Resonanzbehältervolumen verbunden. In der zweiten Schaltstellung der schwenkbaren Saugrohrverlängerungen sind die Saugrohre über diese Verlängerungen mit jeweils einem Verbindungsrohr und somit mit dem gegenüberliegenden Resonanzbehälter verbunden. Der jeweils andere Resonanzbehälter wird dabei überbrückt. Somit erfolgt bei definierten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ein Wechsel der der jeweiligen Zylinderreihe zugeordneten Resonanzbehälter.
Aus der DE-34 24 433 A1 ist weiterhin Luftansaugsystem mit zwei Resonanzbehältern bekannt. Diese sind untereinander mit zwei absperrbaren Resonanzrohren verbunden, in welches die zugeführte Frischluft einströmt. Von den Resonanzbehältern aus führen Einzelsaugrohre zu Einlaßkanälen der Zylinderköpfe. In Abhängigkeit des durch Drosselklappen gesteuerten Verbindungsquerschnittes der Behälter läßt sich der Mitteldruck und damit das Drehmoment in einem weiten Drehzahlbereich steigern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Luftansaugsystem dahingehend zu verbessern, daß der Mitteldruck möglichst im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine gesteigert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 (der Patentansprüche 1 und 9).
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen benannt.
Wenn bei einer Brennkraftmaschine zusätzlich zu dem aus den Resonanzbehältern und dem Verbindungsrohr gebildeten Zweikammer-Resonanzsystem abschnittsweise in den Resonanzbehältern verlaufende, den Saugrohren zugeordnete Saugrohrverlängerungen angeordnet sind, welche an einen gemeinsamen, mit einem Frischlufteintritt versehenen Behälter angeschlossen sind, so ergänzt dieses aus dem Behälter und den als Schwingrohre wirkenden Saugrohrverlängerungen gebildete Einkammer-Schwingrohrsystem das Resonanzsystem dahingehend, daß der Liefergrad steigt. Das bedeutet, daß jedem Zylinder eine vergrößerte Frischluftmenge zugeführt wird, wodurch der Mitteldruck steigt.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist auch das Verbindungsrohr einen Frischlufteintritt auf, wodurch der Mitteldruck weiter erhöht wird.
Die beiden Frischlufteintritte können vorteilhaft in einer gemeinsamen Eintrittsöffnung des Behälters zusammengefaßt werden. Diese kann endseitig des Behälters angeordnet sein, der sich in Längsrichtung der Zylinderreihen etwa mittig zwischen den Resonanzbehältern erstreckt. Das Verbindungsrohr ist dabei geteilt ausgeführt, wobei sich die Teilstücke von den Resonanzbehältern bis zu dem mittigen Behälter erstrecken. Diese Anordnung ermöglicht durch die mittige Einströmung und den direkten Anschluß des Verbindungsrohres und der Saugrohrverlängerung an den die Frischluft verteilenden Behälter eine verlustarme, gleichmäßige Strömung.
In einer Variante der Erfindung weist mindestens eine Saugrohrverlängerung jeder Zylinderreihe eine als Absperrorgan wirkende Drosselklappe auf. Hierbei wirkt das Luftansaugsystem als reines Resonanzsystem, wobei diese Saugrohrverlängerungen als schaltbare, zusätzliche Resonanzrohre wirken.
Den Mitteldruck weiter erhöhende, die Strömungs- und Schwingungsverhältnisse optimierende Merkmale sind durch eine zueinander fluchtende Anordnung der zylindrisch ausgebildeten, in den Resonanzbehältern liegenden Abschnitte der Saugrohrverlängerung gegeben. Diese weisen dabei einen bestimmten Abstand zu den Einströmtrichtern der Saugrohre auf.
Eine weitere Optimierung kann durch eine Anordnung von Schiebemuffen auf den zylindrischen Abschnitten erzielt werden, wobei der Abstand zu den Einströmtrichern wahlweise überbrückbar ist. Hierdurch ist der Aufladeeffekt dieses Luftansaugsystems in einem weiten Drehzahlbereich dadurch verbessert, daß in einem niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich die Schiebemuffen den durch den Abstand definierten Ringspalt verschließen und das Zweikammer-Resonanzsystem abkoppeln. Dadurch ist nur das Einkammersystem geschaltet, wobei die Saugrohrlänge um den Betrag der Saugrohrverlängerung vergrößert und das Gesamtvolumen des Systems verkleinert ist. Durch Öffnen des Ringspaltes bei höheren Drehzahlen ist das Resonanzsystem zugeschaltet, wobei die Saugrohrlänge verkürzt und das Gesamtvolumen vergrößert ist.
Zur weiteren Verbesserung der Resonanzeigenschaften kann parallel zum Verbindungsrohr ein solches zweites zwischen den Resonanzbehältern angeordnet sein. Zur drehzahloptimalen Zuschaltung der Verbindungsrohre können diese mit drehzahlabhängig zu betätigenden Absperrorganen versehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer schematischen Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer ersten Variante der Erfindung mit einer Modifikation in der linken Hälfte,
Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles X gemäß Fig. 1
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer zweiten Variante mit einer Modifikation in der linken Hälfte und
Fig. 4 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles Y gemäß Fig. 3
Eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen 1, 2 weist ein Luftansaugsystem, bestehend aus einem Zweikammer-Resonanzsystem 3 und einem Einkammer-Schwingrohrsystem 4 auf.
Das Resonanzsystem 3 umfaßt den Zylinderreihen 1, 2 zugeordnete Resonanzbehälter 5, 6, an welche einzelne, zu den Zylindern 7, 8 der Brennkraftmaschine führende Saugrohre 9 mittels Einströmtrichtern 10 angeschlossen sind.
Weiterhin umfaßt es zwei an die Resonanzbehälter 5, 6 angeschlossene Verbindungsrohre 11, 12, wobei einem Verbindungsrohr 11 über einen Frischlufteintritt 13 Luft zugeführt wird.
Etwa mittig zwischen den Resonanzbehältern 5, 6 in einer Symmetrieebene E-E liegend ist ein Behälter 14 angeordnet, der sich in seiner größten Ausdehnung entlang einer Längsrichtung R der Zylinderreihen 1, 2 erstreckt.
An diesen Behälter 14 sind beiderseits Saugrohrverlängerungen 15 angeschlossen, welche mit zylindrischen Abschnitten 16 versehen sind, die innerhalb der Resonanzbehälter 5, 6 verlaufen.
Die Saugrohrverlängerungen 15 bilden gemeinsam mit dem Behälter 14 das Einkammer-Schwingrohrsystem 4.
Die Abschnitte 16 sind beabstandet und koaxial fluchtend zu den Einströmtrichtern 10 angeordnet. Der dabei entstehende Abstand H definiert einen Ringspalt 17.
Gemäß Fig. 1, von der zunächst nur der rechts der Ebene E-E liegende Teil relevant ist, zeigt eine erste Variante. Der Behälter 14 weist einen Frischlufteintritt 18 auf. Durch diesen und den weiteren Frischlufteintritt 13 strömt angesaugte Luft in das System. Über den Ringspalt 17 gelangt sowohl Luft durch die als Resonanzrohre wirkenden Verbindungsrohre 11, 12 als auch über die als Schwingrohre wirkenden Saugrohrverlängerungen 15 zu den Zylindern 7, 8.
Die mittlere der Saugrohrverlängerungen 15 weist eine steuerbare Drosselklappe 19 auf. Diese Saugrohrverlängerung 15 wirkt als zusätzliches Resonanzrohr bei bestimmten Drehzahlen und trägt somit zur Erhöhung des Drehmomentes bei.
Zur weiteren, gezielten Zuschaltung des zweiten Verbindungsrohres 12 weist dieses eine steuerbare Drosselklappe 20 auf.
In einer zweiten Variante der Erfindung gemäß Fig. 3 sind der erste und der weitere Frischlufteintritt 13 und 18 gemeinsam in einer Eintrittsöffnung 21 des Behälters 14 angeordnet, der sich scheibenförmig in der Ebene E-E erstreckt.
Die Verbindungsrohre 11, 12 sind geteilt ausgeführt, wobei sich jedes Teilrohrstück 22, 23, 24, 25 zwischen einem Resonanzbehälter 5, 6 und dem Behälter 14 erstreckt und jeweils eine steuerbare Drosselklappe 20 aufweist.
In der jeweils links von der Symmetrieebene liegenden Darstellung gemäß der Fig. 1 und 3 ist eine Modifikation der jeweiligen Variante dargestellt, welche eine auf dem Abschnitt 16 gleitverschieblich gelagerte Schiebemuffe 30 aufweist. Ein Verstellmechanismus ist nur in Fig. 3 gezeigt.
Die in einem Resonanzbehälter 5, 6 angeordneten Schiebemuffen 30 sind jeweils zu einer Baueinheit 31 zusammengefaßt, die in an sich bekannter und daher nicht näher beschriebener Weise mittels eines als pneumatischer Druckdose 32 ausgebildeten Stellgliedes und einem Gestänge 33 den Ringspalt 17 überbrückend verschiebbar sind.
Bei relativ niedrigen Drehzahlen wird ein hohes Drehmoment durch lange Saugrohre und ein relativ kleines Gesamtvolumen des Luftansaugsystems erzielt. Zu diesem Zweck stellt die Druckdose 32 in diesem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine die Baueinheit 31 in die gemäß Fig. 3 gestrichelt gezeichnete, den Ringspalt 17 verschließende Position. Angesaugte Frischluft gelangt nun bei abgekoppelten Resonanzbehältern 5, 6 ausschließlich über den Frischlufteintritt 18 und die zugeschalteten Saugrohrverlängerungen 15 in die Saugrohre 9.
Ab Erreichen eines mittleren Drehzahlbereiches stellt die Druckdose 32 die Baueinheit 31 in die in den Fig. 1 und 3 mit ausgezogenen Linien dargestellte Position der Schiebemuffen 30. Angesaugte Frischluft gelangt hierbei unter Zwischenschaltung der Resonanzbehälter 5, 6 sowohl über die stufenweise zuschaltbaren Verbindungsrohre 11, 12 als auch über die Abschnitte 16 zu dem Ringspalt 17.

Claims (8)

1. Luftansaugsystem einer mehrzylindrigen zweireihigen Brennkraftmaschine, wobei die Zylinder einer Reihe jeweils mit Saugrohren an einen von zwei Resonanzbehältern angeschlossen sind, mit mindestens einem Verbindungsrohr mit einem Frischlufteintritt zwischen den Resonanzbehältern, die ein Zweikammer-Resonanzsystem bilden und mit abschnittsweise innerhalb der Resonanzbehälter verlaufenden zu- und abschaltbaren Saugrohrverlängerungen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinderreihe (1, 2) ein im ganzen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zugeschalteter Resonanzbehälter (5, 6) zugeordnet ist, daß das Luftansaugsystem zusätzlich zu dem Zweikammer-Resonanzsystem (3) ein Einkammer-Schwingrohrsystem (4) umfasst, welches einen gemeinsamen, mit einem weiteren Frischlufteintritt (18) versehenen Behälter (14) aufweist.
2. Luftansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der weitere Frischlufteintritt (13, 18) gemeinsam in einer Eintrittsöffnung (21) des Behälters (14) angeordnet sind.
3. Luftansaugsystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Saugrohrverlängerung (15) jeder Zylinderreihe (1, 2) ein Absperrorgan (19) aufweist.
4. Luftansaugsystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Resonanzbehälter (5, 6) liegenden Abschnitte (16) der Saugverlängerung (15) zylindrisch und fluchtend zu den Einströmtrichtern (10) der Saugrohre (9) liegend ausgebildet und einen Abstand (H) belassend angeordnet sind.
5. Luftansaugsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Abschnitten (16) verschiebbare, den Abstand (H) wahlweise überbrückende Schiebemuffen (30) angeordnet sind.
6. Luftansaugsystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (14) sich in Längsrichtung (R) der Zylinderreihen (1, 2) erstreckend etwa mittig zwischen den Resonanzbehältern (5, 6) angeordnet ist und das Verbindungsrohr (11) geteilt ausgeführt an den Behälter (14) angeschlossen ist, welcher endseitig die Eintrittsöffnung (18) aufweist.
7. Luftansaugsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem ersten Verbindungsrohr (11) verlaufend ein zweites Verbindungsrohr (12) zwischen den Resonanzbehältern (5, 6) verlaufend angeordnet ist und mindestens eines dieser Rohre (11, 12) mindestens ein Absperrorgan aufweist.
8. Luftansaugsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffen (30) jedes Resonanzbehälters (5, 6) zu einer Baueinheit (31) zusammengefaßt sind, welche von einem an dem Resonanzbehälter (5, 6) angeordneten Stellglied verschoben wird.
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