DE69003407T2

DE69003407T2 - Integriertes abgestimmtes Einlassystem.

Info

Publication number: DE69003407T2
Application number: DE90103162T
Authority: DE
Inventors: Ronald Georg Shillington
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2010-02-20
Also published as: DE69003407D1; JPH03202670A; US5005532A; CA2008927A1; KR910015777A; EP0384359A2; EP0384359A3; JP2792989B2; EP0384359B1; KR0133279B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Luftansaugsystem für Brennkraftmaschinen und insbesondere ein integriertes, abgestimmtes Luftansaugsystem.
Es ist bekannt, daß die Leistungsfähigkeit von Brennkraftmaschinen durch Abstimmen des Luftansaugsystems verbessert wird. Dieses Abstimmen macht Gebrauch von Kanälen oder Rohren bestimmter Längen. In der Automobiltechnik stellt das Unterbringen der Resonanzrohre oder Kanäle eine Anforderung an die Ingenieure und Gestalter dar.
Der Stand der Technik ergibt sich aus Patentschriften wie US-A-4,254,746; 4,446,823; 4,497,287; 4,516,538; 4,523,560; 4,643,138; 4,664,075; 4,669,428; 4,719,879; 4,760,703; 4,776,313 und 4,829,944. Diese zeigen mehrere Ausführungsarten von Luftansauganordnungen.
US-A-4,446,823 zeigt ein Luftansaugsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Rohre und der Sammelbehälter sind von getrennten und zusammengebauten Gußteilen gebildet.
Die Erfindung betrifft ein abgestimmtes Luftansaugsystem, bei dem die verschiedenen Komponenten in einem integrierten System untergebracht sind. Die Erfindung eignet sich zum Einbau eines abgestimmten Luftansaugsystems in ein Fahrzeug mit dem Ziel, das Herstellen und Zusammenbauen zu vereinfachen.
Die erwähnten sowie zusätzliche Merkmale, Vorteile und Nutzen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung. Diese zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in der gegenwärtig bestmöglichen Art und Weise.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht mit teilweise weggebrochenen und getrennten Bauteilen eines integrierten abgestimmten Luftansaugsystems nach der Erfindung; Fig. 2 ist ein Querschnitt in vergrößertem Maßstab, der in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1 dargestellten Komponenten;
Fig. 3 ist ein Teilschnitt in vergrößertem Maßstab in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Luftansaugsystems;
Fig. 5 ist eine Endansicht der Fig. 4 von rechts;
Fig. 6 ist eine Teilansicht in Richtung der Pfeile 6-6 in Fig. 5;
Fig. 7 ist eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab in Richtung des Pfeils 7 in Fig. 5;
Fig. 8 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile 8-8 in Fig. 7;
Fig. 9 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile 9-9 in Fig. 4;
Fig. 10 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile 10-10 in Fig. 4;
Fig. 11 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile 11-11 in Fig. 4;
Fig. 12 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile 12-12 in Fig. 4;
Fig. 13 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile 13-13 in Fig. 5 und
Fig. 14 ist ein Querschnitt in Richtung der Pfeile 14-14 in Fig. 5.
Die Zeichnung zeigt beispielshaft eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine 10 mit einem integrierten, abgestimmten Luftansaugsystem 12. Der Motor hat einen Zylinderkopf 14 mit einem Einlaßkanal 16, über den ein Brennstoff-Luftgemisch in jeden Zylinder eintritt. Luft gelangt durch das System 12 und durch die Luftkanäle in einen Brennstoff-Schienenblock 18, der am Zylinderkopf 14 befestigt ist. Der Brennstoff-Schienenblock hat vier elektromagnetische Brennstoff- Einspritzdüsen 20, von denen jede Brennstoff in einer bestimmten Zeitabstimmung bezüglich der Arbeitsweise des Motors in jeden Einlaßkanal 16 zur Mischung mit der Luft einspritzt, die durch das System 12 geführt wurde.
Das System 12 hat einen Lufteinlaß 22, durch den Luft in eine Luftfilterkammer in Pfeilrichtung 24 eintritt. Die Luftfilterkammer hat einen Deckel 26, der über ein ringförmiges Luftfilterelement 28 paßt, um dieses zwischen einer ringförmigen Endwand 30 des Deckels 26 und einer nicht gelochten Endwand 32 eines Hauptgehäuseteils 34 zu halten. Die Luft strömt radial nach außen durch das Luftfilterelement 28 und gelangt zum Eingangsende 36 eines Rohres 38, das einen zum Motor 12 parallelen Kanal bildet und sich längs der vier Zylinder erstreckt, die von dem Luftansaugsystem 12 bedient werden. Die Wand 32 ist in Fig. 1 weggebrochen, doch sollte verständlich sein, daß diese Wand das Ende des Gehäuses 34 aus dem Eintrittsende 36 des Rohres 38 abdeckt. Alternativ kann das Luftfilterelement ein flaches Element sein, das diagonal in die Kammer paßt, wobei die obere Kante gegen die Wand 32 abdichtet und die untere Kante gegen die Wand 30 abdichtet, während die Seitenränder gegen die Seiten des Deckels hin abdichten.
Das Austrittsende des Rohres 38 ist in Fig. 1 nicht direkt sichtbar, doch ist es am entfernten Ende des Hauptgehäuses 34. Das Rohr 38 hat einen im wesentlichen konstanten Querschnitt über seine Länge und bildet Teil des Resonanz-Systems. Ein Verlängerungsstück 40 hat ein Eintrittsende 42, das mit dem Austrittsende des Rohres 38 zusammenpaßt. Das Verlängerungsstück 40 ermöglicht es, den Luftstrom annähernd um 180º umzukehren, nachdem das Rohr 38 durchströmt ist. Der Auslaß bzw. das Austrittsende 44 des Verlängerungsstücks 40 ist kreisförmig und liegt in einer Richtung, die parallel zur Richtung ist, in der das Eintrittsende 42 blickt. Das Verlängerungsstück 40 dient dazu, den Querschnitt des Rohres 38 im wesentlichen konstant zu halten, so daß das Verlängerungsstück 40 einen Teil des Resonanzsystems bildet, auch wenn sich die Form des Querschnitts ändert.
Ein kreisförmiges, zylindrisches Luftgehäuse 46 hat ein Eintrittsende 48, das mit dem Austrittsende 44 des Verlängerungsstücks 40 zusammenpaßt, und hat auch ein Austrittsende 50, das mit dem Eintrittsende eines Sammelbehälters 52 zusammenpaßt. Dieses Eintrittsende des Sammelbehälters 52 ist am entfernten Ende des Hauptgehäuses 34. Der Sammelbehälter 52 liegt parallel zum Rohr 38 und reicht über die vier Zylinder des Motors, die vom Luftansaugsystem 12 bedient werden. Die Wand 32 schließt das nahe Ende des Sammelbehälters ab. Das Luftgehäuse 46 hat eine Klappe 54, die mit einem Hebel 56 verstellbar ist, um den Luftstrom durch das Luftansaugsystem 12 zu steuern. Das Austrittsende 44 des Stückes 40 ist kreisförmig und ermöglicht einen Schiebesitz für das Eintrittsende des Luftgehäuses 46, wie auch der Einlaß des Sammelbehälters 52 eine Form hat, die einen Schiebesitz für das Austrittsende des Luftgehäuses 46 bildet. Die Verbindung über den Schiebesitz zwischen dem Luftgehäuse 46 und dem Verlängerungsstück 50 ist in Fig. 3 gezeigt und weist eine kreisförmige Dichtung 55 auf, die eine radiale Fläche des Luftgehäuses gegenüber einer entsprechenden Fläche des Verlängerungsstückes abdichtet.
Das Hauptgehäuse 34 besitzt vier paarweise angeordnete spiralige Rohre, welche den Sammelbehälter 52 mit den Zylindern des Motors 10 verbinden. Jedes Rohrpaar besteht aus einem längeren und schmäleren Rohr 58 und einem kürzeren und breiteren Rohr 60. Das kürzere und breitere Rohr liegt innerhalb des längeren und schmäleren Rohres, so daß sie eine gemeinsame Wand besitzen. Jedes Rohr 58, 60 hat jeweils einen Einlaß 62, 64 in Verbindung mit dem Sammelbehälter 52. Das Auslaßende 66, 68 jedes Rohr 58, 60 im Hauptgehäuse 34 ist jeweils an einem Einlaß 70 bzw. 72 des Brennstoff-Schienenblockes 18 angeordnet und dieser hat Kanäle 74 und 76, die das Ende der Rohre bilden.
Die Rohre 58, 60 sind auch Teil des Resonanzsystems. Am Ende jedes Rohres 60 sitzt im Block 18 eine Ablenkklappe 78. Die Ablenkklappen werden von einer nicht gezeigten Einrichtung betätigt, um die Rohre 60 zu öffnen und zu schliefen. Auf diese Weise erfolgt das wahlweise Abstimmen des Luftansaugsystems.
Ein weiteres Merkmal des Hauptgehäuses 34 ist eine Wand 80, die für das Befestigen des Hauptgehäuses am Motor hilfreich ist. Die Wand 80 erstreckt sich allgemein von der Außenseite des Brennstoff-Schienenblocks 18 nach unten, bildet die Außenwand des Rohres 38 und erstreckt sich auswärts um den Boden des Hauptgehäuses, so daß sie einen wiegenartigen Träger für die Rohre bildet. Die Wand 80 hat Öffnungen für die Ausläße der Rohre 58, 60.
Das Hauptgehäuse 34 mit dem Rohr 36, dem Sammelbehälter 52, den Rohren 58, 60 und der Wand 80 kann als einstückiges Kunststoffteil in einer passenden Herstelltechnik hergestellt werden, beispielsweise durch Gießen mit verlorenem Kern.
Es ist ferner ersichtlich, daß die Rohre äußere Wandungen 82 und Seitenwände 84 haben. Zwischen den Seitenwänden 84 benachbarter Rohrpaare hat der Sammelbehälter 52 eine Außenwand 86.
Die Fig. 4 bis 14 zeigen Ausschnitte einer weiteren Ausführungsform mit dem allgemeinen Bezugszeichen 100. Spezifisch zeigen diese Figuren ein einziges Bauteil 102, in dem ein Sammelbehältereinlaß 104, ein Sammelbehälter 106, vier spiralige Rohre 108, 110, 112, 114 und eine Brennstoffleiste 116 integriert sind. Wie das entsprechende Bauteil der ersten Ausführungsform der Fig. 1 wird das Bauteil 102 aus Kunststoff in einem passenden Verfahren beispielsweise durch Gießen mit verlorenem Kern hergestellt. In den Fig. 4 bis 14 sind nicht jene Teile des Systems dargestellt, die stromauf dem Einlaß 104 liegen, nämlich das Luftgehäuse und die Luftfilterkammer, auch nicht der Motor, an dem die Brennstoffleiste 116 befestigt ist. Ebenfalls sind nicht die Einspritzdüsen und der Brennstoffregler dargestellt, die zur Vervollständigung des Systems an der Brennstoffschiene angeordnet sind.
Der Einlaß 104 hat allgemein einen kreisförmigen Querschnitt und beginnt mit einem Flansch 118, der zum Befestigen an nicht daßgestellten Komponenten dient. Vom Flansch 118 aus setzt sich der Einlaß gekrümmt fort und mündet in das Längsende des Sammelbehälters 106.
Der Sammelbehälter 106 hat allgemein eine zylindrische Form vom Einlaß 104 bis zum anderen Ende, das vollständig geschlossen ist. Blickt man in Querrichtung durch den Sammelbehälter, so ist dessen Seitenwand allgemein gleichmäßig in Form und Größe über die gesamte Länge hinweg, mit Ausnahme einer Länge von etwa einem Viertel, das unmittelbar an den Einlaß 104 angrenzt. Dieser besondere Abschnitt ist bei 120 (Fig. 4) leicht eingezogen, so daß sich für diese besondere Ausführungsform Einbauraum für Motorteile (nicht gezeigt) ergibt, die ohne den Absatz 102 am Bauteil 100 anstoßen würden.
Die vier Rohre erstrecken sich spiralig um den Sammelbehälter und verbinden diesen und den Einlaß mit je einem Zylinder, wenn das Bauteil 102 am Motor befestigt ist. Um die Beschreibung zu erleichtern, sei angenommen, daß das Bezugszeichen 122 (Fig. 10) eine bestimmte Längsachse des Sammelbehälters bezeichnet, die allgemein zentrisch im Sammelbehälter liegt. Blickt man quer zur Achse 122, hat jedes Rohr einen Anfang 124 in Verbindung mit dem Sammelbehälter in etwa einer Uhrzeigerstellung 11, wenn man in Richtung der Fig. 10 blickt. Jedes Rohr erstreckt sich allgemein quer zum Sammelbehälter, wobei die Länge jedes Rohres sich spiralförmig um den Sammelbehälter erstreckt. Jedes Rohr 108, 110, 112, 114 ist mehr als 360º um die Achse 122 gekrümmt und endet bei 126 in Verbindung mit dem Einlaß jeweils eines Zylinders, wenn das Bauteil 102 am Motor befestigt ist.
In der besonderen Gestaltung der Fig. 1 bis 14 ist der Abstand zwischen den Rohrenden 126 entsprechend der Gestaltung des Motors größer als der Abstand zwischen den Rohreinlässen 124, was in diesem Fall vernachlässigt werden kann, da die Rohreinlässe an ihre benachbarten Rohre über gemeinsame Wandabschnitte unmittelbar angrenzen. Indem jedes Rohr im wesentlichen eine Nullsteigung hat, wenn es sich aus seinem Anfang in Zeigerstellung 11 bis etwa zur Zeigerstellung 9 oder 10 krümmt, hat somit jedes Rohr eine unterschiedliche Steigung von der Zeigerstellung 9 oder 10 bis zum Ende 126. Diese Steigung vergrößert sich fortschreitend von Rohr zu Rohr, ist ziemlich klein für das Rohr 108, doch für das Rohr 114 am größten. Somit überlappt ein unmittelbar am Ende 126 angrenzendes Segment des Rohres 108 beinahe vollständig ein Segment, das unmittelbar an seinen Anfang 124 angrenzt. Ein Segment jedes verbleibenden unmittelbar mit dem Ende angrenzenden Rohres überlappt teilweise ein Segment, das unmittelbar mit seinem Anfang angrenzt, und das Ausmaß der Überlappung jedes Rohres wird fortschreitend geringer vom Rohr 108 bis zum Rohr 114.
Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß ein Teil des Rohres 108 und ein Teil des Sammelbehälters 106 eine gemeinsame Wandung besitzen. Das gleiche gilt für jedes der anderen Rohre. Die Konstruktion hat aber einen Leerraum 128 ohne gemeinsame Wand.
Die Brennstoffleiste verbindet sich einstückig mit den Endsegmenten der Rohre und weist vier Einspritzdüsensitze 130 auf, die jeweils zu einem Rohr gehören. Jeder Sitz nimmt eine elektromagnetische Brennstoffeinspritzdüse (nicht gezeigt) auf. Die Brennstoffleiste hat ferner einen Sitz 132 zur Befestigung eines Brennstoff-Druckreglers (nicht gezeigt). Ausgehend von links beim Blick auf Fig. 4 erstrecken sich längs der gesamten Brennstoffleiste ein Brennstoff-Zuführkanal 134 und ein Brennstoff-Rückführkanal 136. Der Brennstoff-Zuführkanal ist in Verbindung mit den Sitzen 130 und dient zur Versorgung der Düsen mit Brennstoff, wenn diese in den Sitzen installiert sind. Der Zufuhrkanal ist mit dem Einlaß eines Brennstoff-Druckreglers verbunden, wenn dieser im Sitz 132 installiert ist. Überschußbrennstoff wird vom Druckregler zum Tank (nicht gezeigt) über den Rückführkanal 136 zurückgeführt.

Claims

1. Luftansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem Sammelbehälter (52; 106), dem Luft aus einem Lufteinlaß (22; 104) zugeführt wird, und mit einer spiraligen Rohranordnung (58, 60; 108, 110, 112, 114) für jeden Zylinder, die von dem Sammelbehälter ausgeht und Luft aus dem Sammelbehälter jeweils zu einem Zylinder führt, wobei die Rohranordnung an den Sammelbehälter seitlich an jeweiligen Stellen längs der axialen Länge des Sammelbehälters angrenzt, wobei mindestens eine der Rohranordnungen einen Lufteinlaß (62, 64; 124) am Sammelbehälter aufweist und vom Lufteinlaß aus mit einem Winkel von mehr als 360º um eine Längsachse des Sammelbehälters zu einem Luftauslaß (66, 68; 126) spiralig gekrümmt ist, durch den Luft zu dem entsprechenden Zylinder geführt wird, wobei ein erstes Segment von mindestens einer Rohranordnung und ein zweites Segment von mindestens einer Rohranordnung, die mit wenigstens 360º um die Achse von dem ersten Segment angeordnet ist, einen gemeinsamen Wandabschnitt teilen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter und die Rohranordnungen als ein einziges Kunststoffbauteil ausgebildet sind.

2. Luftansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Rohranordnungen aus zwei Rohren (58, 60) besteht, die ineinander angeordnet sind und dabei einen anderen sich im wesentlichen über ihre gesamten Längen erstreckenden gemeinsamen Wandabschnitt teilen.

3. Luftansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraft maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Rohranordnungen (108, 110, 112, 114) eine weitere gemeinsame Wandung mit einer unmittelbar benachbarten Rohranordnung teilt.

4. Luftansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Wandabschnitte von mindestens einer Rohranordnung und der unmittelbar benachbarten Rohranordnung längs der jeweiligen an dem Sammelbehälter beginnenden Segmente vorgesehen sind und kurz vor den Zylindern enden.

5. Luftansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraft maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß mindestens einer Rohranordnung in Stellung eines Uhrzeigers auf 11 bei axialer Blickrichtung auf den Sammelbehälter angeordnet ist.

6. Luftansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennstoffleiste (116) an dem einzigen Kunststoffbauteil angeformt ist und mit jeder der Rohranordnungen an deren Luftaustritt verbunden ist.