DE69300677T2 - Einlasssystem für Brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit Hubkolben und insbesondere Ansaugsysteme für solche Motoren dieses Typs mit einem Lufteinlaß, einem ersten Einlaßkanal, der mit einer Einlaßöffnung in einen Zylinder des Motors in Verbindung steht, einem Zusatzkanal und einem zweiten Einlaßkanal, der parallel zu den ersten Einlaßkanal liegt und mit dem gleichen Zylinder und einer Ventileinrichtung in Verbindung steht, die zwischen einer ersten Stellung, in der Luft von dem Lufteinlaß durch den ersten und den zweiten Einlaßkanal in den Zylinder strömt, und einer zweiten Stellung bewegbar ist, in der Luft von dem Lufteinlaß nur durch den ersten Einlaßkanal über den Zusatzkanal strömt, wobei die Ventileinrichtung eine zylindrische Trommel (6) aufweist, deren Inneres mit dem Lufteinlaß in Verbindung steht.
• Motoren verbrauchen Luft, die durch ein System von Kanälen und Kammern, die zu den Ansaugventilen führen, angesaugt wird. Wenn sich jedes Einlaßventil öffnet, tritt Luft (oder ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch) in den dazugehörigen Zylinder aufgrund der nach unten gerichteten Bewegung des Kolbens ein, was eine Verringerung des Drucks in dem Zylinder bewirkt. Das von dem Motor bei einer gegebenen Drehzahl erzeugte Ausgangsdrehmoment wird großenteils von der Menge an Brennstoff diktiert, die während jedes Verbrennungshubs verbrannt werden kann, und dies hängt von der Menge an Luft ab, die in den Zylinder angesaugt werden kann. Deshalb ist es für jede gegebene Drehzahl vorteilhaft, die größtmögliche Menge Luft in den Zylinder anzusaugen, d.h. die volumetrische Wirksamkeit des Ansaugvorgangs zu maximieren.
• Während des Ansaugverfahrens eines Viertaktmotors bleibt das Einlaßventil normalerweise offen, wenn der Kolben den unteren Punkt des Einlaßhubs erreicht. Und zwar weil trotz der Tatsache, daß sich der Kolben nicht langer bewegt, Luft weiterhin in den Zylinder aufgrund der kinetischen Energie oder der Bewegungsenergie der Luft eintritt, die sich durch das Ansaugsystem hindurch bewegt. Der Druck in dem Zylinder steigt aufgrund der sich erhöhenden Menge an Luft in ihm an, bis keine weitere Luft in den Zylinder strömt. Normalerweise schließt sich das Einlaßventil nahe bei oder in der Nähe dieses Punkts des Zyklus. Deshalb kann die kinetische Energie der Luft innerhalb des Ansaugsystems ausgenutzt werden, um die Menge der in den Zylinder angesaugten Luft zu vergrößern.
• Bei niedrigen Motordrehzahlen ist die Geschwindigkeit der Einlaßluft in dem Ansaugsystem niedriger als bei hohen Motordrehzahlen. Da die kinetische Energie der Luft proportional zu dem Quadrat der Geschwindigkeit ist, bewirkt dies eine Verringerung der Wirkung der kinetischen Energie und folglich eine Verringerung der volumetrischen Wirksamkeit und des Ausgangsdrehmoments bei niedrigen Motordrehzahlen.
• Eine bekannte Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines Doppelbereichs-Ansaugsystems, was es gestattet, dar die Geschwindigkeit der Luft bei niedrigen Motordrehzahlen im Vergleich zu einem Einzelbereichs-System erhöht wird. Solche Systeme umfassen typischerweise zwei parallele Kanäle, die mit der gleichen Einlaßöffnung in Verbindung stehen, von denen eine selektiv durch eine Ventilanordnung blockiert werden kann. Bei niedrigen Motordrehzahlen ist nur ein Kanal offen. Dies erhöht die Geschwindigkeit und vergrößert folglich die kinetische Energie der Luft, die sich durch das Ansaugsystem hindurch bewegt. Bei hohen Motordrehzahlen öffnet sich das Ventil, um eine Strömung durch beide Kanäle zu gestatten, so dar die Ansaugung der Luft nicht eingeschränkt ist.
• Wenn sich ein mit dem Ansaugsystem verbundenes Motoreinlaßventil öffnet, tritt ein Abfall oder eine Verringerung des Luftdrucks unmittelbar stromaufwärts des Ventils auf. Dieser Abfall bewegt sich in der Form einer Welle gegen den Luftstrom in Richtung auf das stromaufwärtige Ende des Ansaugkanals. Es ist ein bekanntes Phänomen, daß dann, wenn der Abfall eine Öffnung oder eine Kammer großen Volumens erreicht, der Abfall als Druckerhöhung zurück in Richtung auf das Ventil reflektiert wird. Falls diese Welle erhöhten Drucks das Einlaßventil erreicht, bevor es geschlossen wird, hat sie die Wirkung des Hineindrückens von zusätzlicher Luft in den Zylinder. So sorgt diese Wirkung auch für eine Verbesserung der volumetrischen Wirksamkeit und für eine Vergrößerung des Drehmoments. Diese Verbesserung des Drehmoments kann jedoch nur über einen sehr begrenzten Drehzahlbereich geschaffen werden, da die Geschwindigkeit, mit der sich die Druckwelle bewegt, im wesentlichen konstant ist, jedoch die Zeit, während der das Einlaßventil offen ist, proportional zur Motordrehzahl variiert. Es ist übliche Praxis, die Länge des Einlaßkanals so abzustimmen, dar ein maximaler Nutzen aus dieser Wirkung bei hohen Motordrehzahlen erhalten wird. Bei niedrigen Motordrehzahlen kann deshalb keine Verbesserung der volumetrischen Wirksamkeit oder des Ausgangsdrehmoments aus der Wirkung der zurückgeworfenen Druckwelle erzielt werden.
• Die GB-A-2 221 954 offenbart eine Lösung dieses Problems. Diese Patentschrift offenbart ein Ansaugsystem, einschließlich eines Doppellängeneinlaßkanals, der zwei Abschnitte umfaßt, von denen einer an einem Ende mit dem Motor und an dem anderen Ende mit einem Drehschieber in Verbindung steht, der ihn selektiv entweder direkt mit einer Einlaßluftkammer oder mit dem einen Ende des anderen Abschnitts verbindet, dessen anderes Ende mit der Einlaßluftkammer in Verbindung steht. Die Länge des Einlaßkanals ist so selektiv zwischen zwei verschiedenen Werten variierbar und wird in Abhängigkeit von der Motordrehzahl verändert, so dar die Wirkung der zurückreflektierten Druckwelle sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Motordrehzahlen verwendet werden kann.
• Ein ähnliches Ansaugsystem, das von der vorstehend angegebenen Gattung ist, ist in der JP-A-60/42013 (Familienmitglied der US-A-4 619 226), auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, offenbart, bei welchem zwei Einlaßkanäle parallel liegen, die mit entsprechenden Einlaßöffnungen und mit entsprechenden Zusatzkanälen in Verbindung stehen, die mit einem gemeinsamen Einlaßverteiler über entsprechende Öffnungen in einer drehbaren Trommel in Verbindung stehen. Wenn die Trommel gedreht wird, variiert die wirksame Länge der Zusatzkanäle, wodurch die Länge der Einlaßwege in den Zylinder kontinuierlich variabel ist. Einer der Einlaßkanäle umfaßt eine Drosselklappe, die bei niedrigen Motordrehzahlen geschlossen ist, so daß die gesamte Einlaßluft durch den anderen Einlaßkanal hereinströmt, die jedoch bei hohen Motordrehzahlen offen ist.
• Doppelbereichs- und Doppellängenansaugsysteme sind äußerst vorteilhaft, da sie sowohl die volumetrische Wirksamkeit eines Motors bei niedrigen Drehzahlen erhöhen als auch zusammen mit der in der US-A-4 629 226 offenbarten Konstruktion verwendet werden. Diese Konstruktion des Stands der Technik benötigt jedoch zwei Einlaßöffnungen für jeden Zylinder, d.h. eine Einlaßöffnung für jeden Einlaßkanal und auch zwei getrennte Ventile, d.h. das Drehtrommelventil und die Drosselklappe. Es ist so eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ansaugsystem des vorstehend genannten Typs zu schaffen, das zwei oder mehr unterschiedliche Längen und auch zwei oder mehr unterschiedliche Bereiche aufweist, das jedoch einfacher und zuverlässiger als das in der US-A-4 619 226 Beschriebene ist und nur eine Einlaßöffnung pro Zylinder benötigt.
• Erfindungsgemäß ist ein Ansaugsystem des vorstehend genannten Typs dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Einlaßkanäle mit der gleichen Einlaßöffnung in Verbindung stehen und daß in der Wand der zylindrischen Trommel zwei oder mehr Öffnungen ausgebildet sind, wobei die Trommel um ihre Achse zwischen einer zweiten Stellung, in der eine Öffnung mit dem Zusatzkanal in Verbindung steht und die andere Öffnung bzw. die anderen Öffnungen blockiert ist bzw. sind, und einer ersten Stellung drehbar ist, in der die beiden Öffnungen mit den ersten und zweiten Einlaßkanälen in Verbindung stehen.
• So kann bei dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem die zylindrische Trommel jeweils erste und zweite Stellungen bei hohen und niedrigen Motordrehzahlen einnehmen. Bei hohen Motordrehzahlen steht der Lufteinlaß mit beiden Einlaßkanälen in Verbindung und die Einlaßluft strömt deshalb zu dem zugeordneten Zylinder durch einen relativ kurzen Strömungsweg mit einem relativ großen Querschnittsbereich. Bei niedrigen Motordrehzahlen steht der Einlaß nicht mit dem zweiten Einlaßkanal in Verbindung, sondern steht nur mit dem ersten Einlaßkanal über den Zusatzkanal in Verbindung. Der Luftstromdurchtritt hat deshalb einen geringeren Querschnitt und eine größere Länge als bei hohen Motordrehzahlen, wodurch sowohl die Wirkung der kinetischen Energie als auch die Wirkung der Druckwellenreflektierung wirksam sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Motordrehzahlen ausgenutzt werden können. Diese erfindungsgemäßen Wirkungen werden jedoch ohne die Verwendung einer Drosselklappe zusätzlich zu der zylindrischen Trommel erzielt, und es wird nur eine Einlaßöffnung pro Ventil benötigt.
• Der Zusatzkanal kann ein vollständig separater Kanal sein, aber aus Gründen der Einfachheit und Kompaktheit wird bevorzugt, daß er durch die Außenfläche der Trommel und die Innenfläche eines die Trommel enthaltenden Gehäuses gebildet ist.
• In Abhängigkeit von der Anzahl der Öffnungen in der Trommel und der momentanen Stellung der Trommel, kann es notwendig sein, daß eine oder mehr Öffnungen in der Trommel blockiert sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird dies durch die drehbare Positionierung der Trommel innerhalb eines feststehenden Zylinders erzielt, in dem drei Öffnungen ausgebildet sind, die mit dem ersten Kanal, dem zweiten Kanal bzw. dem Zusatzkanal in Verbindung stehen.
• Der erste Einlaßkanal ist für den Strom von Luft immer offen und ist mit dem Lufteinlaß entweder direkt oder über den Zusatzkanal in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Trommel verbunden. Der zweite Einlaßkanal ist für den Strom von Luft nur offen, wenn sich die Trommel in der Stellung für eine hohe Motordrehzahl befindet. Bei der Stellung für eine niedrige Motordrehzahl ist er an seinem stromaufwärtigen Ende durch die Trommel blockiert. Dies bedeutet normalerweise, dar das stromabwärtige Ende des zweiten Kanals für den Strom von Luft durch den ersten Einlaßkanal hindurch offen ist. Dies kann ein Problem darstellen, da der Zweite Einlaßkanal als Totvolumen wirken kann, welches die Druckwellen abschwächt oder reflektiert. Deshalb kann es wünschenswert sein, das stromabwärtige Ende des zweiten Kanals zu blockieren, wenn sich das Ventil in der Stellung für eine niedrige Motordrehzahl befindet. Dies wird in bequemer Weise in einer Ausführungsform der Erfindung durch das Vorsehen der Ventileinrichtung an dem stromabwärtigen Ende des zweiten Kanals und durch Verbindungsmittel erzielt, die die beiden Ventileinrichtungen miteinander verbinden und so angeordnet sind, dar sich die Ventileinrichtung in dem zweiten Kanal zwischen der Öffnungsund der Schließstellung bewegt, wenn sich die Trommel zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegt.
• Wenn sich die Trommel in der Stellung für eine hohe Motordrehzahl befindet, kann sich die Luft von dem Lufteinlaß direkt in die ersten und zweiten Einlaßkanäle bewegen. Die Luft, die in den ersten Einlaßkanal strömt. kann sich auch in den Zusatzkanal bewegen, der an dem Ende offßh ist, an dem er mit dem ersten Einlaßkanal in Verbindung steht. Obgleich kein wesentlicher Strom in den Zusatzkanal hinein auftreten kann, können unerwünschte Druckwellenwirkungen erzeugt werden. Dies wird bei einer Ausführungsform der Erfindung durch das Vorsehen einer nach außen gerichteten Klappe an der Trommel verhindert, die so angeordnet ist, dar dann, wenn sich die Trommel in der ersten Stellung befindet, die Klappe die Verbindung zwischen dem ersten und dem Zusatzkanal blockiert, und dann, wenn sich die Trommel in der zweiten Stellung befindet, die Klappe die Verbindung zwischen dem ersten und dem Zusatzkanal gestattet und im wesentlichen bündig mit einer Wand des ersten Kanals ist.
• Bei den vorstehend erörterten Ausführungsformen weist das Ansaugsystem einen Einlaßluftweg mit zwei unterschiedlichen Längen und zwei unterschiedlichen Bereichen auf. Durch geeignete Modifikation ist es jedoch möglich, drei oder mehr unterschiedliche Längen und/oder drei oder mehr unterschiedliche Bereiche zu schaffen, wodurch weitere Vorteile mit Bezug auf die Motordrehmomenteigenschaften geschaffen werden. So ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daD ein dritter Einlaßkanal vorgesehen ist, daß die Ventileinrichtung eine zylindrische Trommel mit inneren und äußeren Wänden umfaßt, die zusammen den Zusatzkanal begrenzen und wobei eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet ist und dar die Trommel zwischen ersten, zweiten und dritten Stellungen drehbar ist, bei denen der Lufteinlaß mit dem ersten Einlaßkanal nur über den Zusatzkanal, mit den ersten und zweiten Einlaßkanälen nur über einen Abschnitt des Zusatzkanals und mit den ersten, zweiten bzw. dritten Einlaßkanälen in Verbindung steht.
• Die vorliegende Erfindung umfaßt auch einen Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem Ansaugsystem des vorstehend erwähnten Typs. Falls der Motor eine Vielzahl von Zylindern umfaßt, umfaßt er eine Vielzahl solcher Ansaugsysteme. Während die Trommeln der verschiedenen Ansaugsysteme getrennt sein und getrennt betätigt werden können, wird bevorzugt, dar sie zusammen zur Bildung einer integralen Einheit verbunden sind.
• Ein solcher Motor umfaßt ein Einlaßventil, das jedem Zylinder zugeordnet ist und mit einer Einlaßöffnung zusammenarbeitet, die in dem Zylinderkopf ausgebildet ist, und es wird bevorzugt, dar die ersten und zweiten Kanäle sich innerhalb eines gemeinsamen Rohrs befinden und durch eine gemeinsame Trennwand getrennt sind. Die Trennwand kann sich über das gemeinsame Rohr hinaus in die Einlaßöffnung erstrecken oder alternativ, insbesondere in dem Fall, in dem ein Ventil am stromabwärtigen Ende des zweiten Einlaßkanals vorgesehen ist, kann sie an der Verbindung des Zylinderkopfs mit dem gemeinsamen Rohr enden.
• Die vorstehend beschriebenen Ansaugsysteme sind ideal für Reihenmotoren geeignet, d.h. für Motoren mit einer Vielzahl von Zylindern, die in einer einzigen Reihe angeordnet sind, wo alle ersten und zweiten Einlaßkanäle mit der gleichen Seite der Trommel verbunden sind. Falls der Motor ein V-Motor ist, wobei die Zylinder in zwei Reihen angeordnet sind, ist es wünschenswert, daß die Ansaugsysteme zwischen den beiden Reihen von Zylindern angeordnet sind, und in diesem Fall sind die ersten und zweiten Kanäle für die zwei Reihen von Zylindern idealerweise mit einander gegenüberliegenden Seiten der Trommeln verbunden. Dies wird in bequemer Weise erzielt, wenn jeder Zylinder mit einem Ansaugsystem verbunden wird, bei dem die Trommel drehbar innerhalb eines feststehenden Zylinders aufgenommen ist, in dem drei Öffnungen ausgebildet sind, die mit dem ersten Kanal, dem zweiten Kanal bzw. dem Zusatzkanal in Verbindung stehen, und wenn die einer Reihe von Zylindern zugeordneten Trommeln zwei dort ausgebildete Öffnungen besitzen und die der anderen Reihe von Zylindern zugeordneten Trommeln drei dort ausgebildete Öffnungen besitzen, wobei alle Trommel zur Bildung einer integralen Einheit miteinander verbunden sind. Bei dieser Bauweise führt die Drehung der integralen Trommeleinheit in einer Richtung oder der anderen Richtung dazu, dar sich alle Ansaugsysteme gleichzeitig zwischen den Stellungen für eine niedrige Drehzahl und für eine hohe Drehzahl ungeachtet der Tatsache bewegen, dar die ersten und zweiten Kanäle, die den zwei unterschiedlichen Reihen von Zylindern zugeordnet sind, mit ihren entsprechenden Trommel an einander gegenüberliegenden Seiten in Verbindung stehen.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ansaugsystems ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Diagrammzeichnungen erfolgt, in denen zeigen:
• Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des Ansaugsystems, die die Drehtrommel in der Stellung für eine niedrige Motordrehzahl zeigt;
• Fig. 2 eine ähnliche Ansicht des Systems von Fig. 1, wobei sich die Trommel in der Stellung für eine hohe Motordrehzahl befindet;
• Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, die eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;
• Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die zur Verwendung mit einem Zylinder der linken Reihe von Zylindern eines V-Motors bestimmt ist, und zwar in der Stellung für eine niedrige Motordrehzahl;
• Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 mit der Ausnahme, daß der Schnitt durch das Ansaugsystem zur Verwendung mit einem Zylinder der rechten Reihe von Zylindern des V-Motors erfolgt;
• Fig. 6-8 zeigen eine vierte Ausführungsform der Erfindung in den Stellungen für eine niedrige, mittlere bzw. hohe Drehzahl, und
• Fig. 9A-9D sind sehr schematische Ansichten des wichtigen Abschnitts der Ansaugsysteme der zwei Einlaßventile eines Doppeleinlaßventilmotors bei unterschiedlichen Drehzahl- und Lastbedingungen.
• Fig. 1 und 2 zeigen ein Ansaugsystem für einen Einzylindermotor oder einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Falls der Motor mehr als einen Zylinder aufweist, werden gleiche Ansaugsysteme jedem von ihnen zugeordnet. Das Ansaugsystem umfast einen ersten Einlaßkanal 1 und einen zweiten Einlaßkanal 2, die voneinander durch eine Trennwand 3 getrennt sind und die sich vorzugsweise in die Einlaßöffnung 4 des zugeordneten Zylinders hinein erstrecken, d.h. in den Bereich innerhalb des Zylinderkopfs direkt stromaufwärts des zugeordneten Einlaßventils 10. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 ist angeordnet, um Kraftstoff in die Einlaßöffnung 4 oder etwas stromaufwärts derselben einzuspritzen. An dem stromaufwärtigen Ende der Kanäle 1 und 2 befindet sich eine drehbare Trommel 6, die ein Ventil in der Art eines Drehschiebers bildet und eine Kammer 5 begrenzt, die in Verbindung mit dem Lufteinlaßrohr oder -verteiler steht oder einen Teil desselben bildet. Ein Zusatzkanal 8 erstreckt sich um einen Hauptteil des Umfangs der Trommel 6 herum, dessen Außenfläche von einem Gehäuse 9 gebildet wird. An einem Ende, links in Fig. 1 und 2 ist der Kanal 8 durch eine Querwand 30 geschlossen und an seinem anderen Ende geht er in den Einlaßkanal 1 über.
• Zwei Öffnungen 7 und 12 sind in der Wand der Trommel 6 ausgebildet. Die Trommel ist zwischen einer Stellung für eine niedrige Drehzahl, in Fig. 1 ersichtlich, in welcher die Öffnung 12 durch eine Wand oder Drosselscheibe 32 blockiert ist, die mit der Trennwand 3 verbunden ist oder Teil derselben bildet, und die Öffnung 7 mit dem geschlossenen Ende des Zusatzkanals 8 in Verbindung steht, und einer Stellung für eine hohe Drehzahl, in Fig. 2 ersichtlich, bewegbar, in welcher die Öffnungen 7 und 12 mit dem Einlaßkanal 2 bzw. 1 in Verbindung stehen. Wie ersichtlich ist, flieht bei niedrigen Motordrehzahlen die gesamte Einlaßluft durch den relativ langen und schmalen Durchtritt, der von den Kanälen 1 und 8 gebildet ist. Bei hohen Motordrehzahlen flieDt die Einlaßluft durch den relativ kürzeren und breiteren Durchtritt, der von den zwei parallelen Kanälen 1 und 2 gebildet ist. In jedem Fall werden der Querschnittsbereich und die Länge des Durchtritts so gewählt, daß sowohl die kinetische Energiewirkung als auch die Wirkung der reflektierten Druckwelle ausgenutzt werden und daß so das Motorausgangsdrehmoment über einen ausgewählten Bereich von Motordrehzahlen erhöht wird.
• Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Trommel 6 eine sich im allgemeinen tangential erstreckende Klappe 18 trägt. In der in Fig. 3 gezeigten Stellung für eine hohe Drehzahl verhindert die Klappe 18 die Verbindung der Kanäle 1 und 8 und verhindert so jegliche unerwünschte Druckwellenwirkungen aufgrund des Vorhandenseins des Kanals 8. Bei der Stellung für eine niedrige Drehzahl ist die Klappe 18 in einer Aussparung 19 in der Wand des Kanals 1 aufgenommen, so dar eine glatte Wandfläche dem Luftstrom dargeboten wird.
• Falls der Motor, in den das Ansaugsystem eingebaut werden soll, eine "V"-Konfiguration hat, dann kann die Ausführungsform von Fig. 4 und 5 bevorzugt sein, da gestattet wird, daß die ersten und zweiten Einlaßkanäle 1 und 2 mit der Kammer 5 auf beiden Seiten symmetrisch in Verbindung stehen.
• Fig. 4 zeigt das Ansaugsystem für eine der linken Reihen von Zylindern, das wiederum erste und zweite Kanäle 1 und 2 und eine drehbare Trommel 6 umfaßt. Die Trommel 6 ist in einem feststehenden Zylinder 20 aufgenommen, in dessen Wand drei Öffnungen 21, 22 und 23 ausgebildet sind. Öffnungen 21 und 22 stehen mit den ersten und zweiten Kanälen 1 bzw. 2 in Verbindung, während die Öffnung 23 mit dem stromaufwärtigen Ende des Umfangskanals 8 in Verbindung steht, der in diesem Fall von dem Zylinder 20 und dem äußeren Gehäuse 9 begrenzt ist. Die Trommel 6 weist zwei Öffnungen 7 und 12 wie vorstehend angegeben auf. Bei der in Fig. 4 gezeigten Stellung für eine niedrige Motordrehzahl fluchtet die Öffnung 7 mit der Öffnung 23 und die Öffnung 12 ist blockiert, so daß die gesamte Luft durch die Kanäle 8 und 1 strömt. Die Trommel wird im Uhrzeigersinn in die Stellung für eine hohe Motordrehzahl (nicht gezeigt) gedreht, in der die Öffnungen 12 und 7 mit Öffnungen 21 bzw. 22 fluchten und die Einlaßluft durch die zwei parallelen Kanäle 1 und 2 strömt.
• Fig. 5 zeigt das Ansaugsystem für einen der rechten Zylinder des,"V"-Motors. Alle statischen Teile des Systems bilden ein Spiegelbild um eine vertikale Achse der in Fig. 4 gezeigten statischen Teile. Die Trommel 6 weist jedoch drei Öffnungen 27, 28 und 29 auf. In der Stellung für eine niedrige Motordrehzahl, die in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Öffnungen 27 und 28 blockiert und die Öffnung 29 fluchtet mit der Öffnung 23 in der feststehenden Trommel 20, so daß die Luft durch die Kanäle 8 und 1 strömt. Die Trommel 6 bewegt sich wieder im Uhrzeigersinn in die Stellung für eine hohe Drehzahl, und in dieser Stellung ist die Öffnung 29 blockiert und die Öffnungen 27 und 28 fluchten mit den Öffnungen 21 bzw. 22, so daß die Luft durch die Kanäle 1 und 2 strömt.
• Da sich die Trommel 6 in der gleichen Richtung sowohl für die rechten als auch die linken Zylinder des Motors dreht, können sie durch eine einzige Trommel gebildet sein, wodurch die Schnitte durch die Trommeln 6 in Fig. 4 und 5 die gleiche Trommel zeigen, aber an unterschiedlichen Punkten entlang ihrer Länge. Dies führt zu einer beträchtlichen Wirtschaftlichkeit bei den Herstellungskosten und einer Verringerung der konstruktiven Komplexität. In ähnlicher Weise ist es in den Ausführungsformen von Fig. 1 und 3 (und auch in den nachstehend beschriebenen Fig. 6 bis 8) nützlich, dar die Trommeln aller Zylinder des Motors aus einer einzigen, länglichen Trommel bestehen, in der die geeigneten Öffnungen ausgebildet sind.
• Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen betreffen ein Ansaugsystem mit zwei unterschiedlichen Bereichen und zwei unterschiedlichen Längen, aber die in Fig. 6 bis 8 gezeigte Ausführungsform, aus denen das Einlaßventil und die Einlaßöffnung aus Gründen der Klarheit weggelassen wurden, schafft drei unterschiedliche Bereiche und drei unterschiedliche Längen. Zusätzlich zu den ersten und zweiten Einlaßkanälen 1 und 2 gibt es einen dritten Einlaßkanal 34. Diese Einlaßkanäle stehen mit dem Inneren des Gehäuses 9 über entsprechende Öffnungen 36, 38 und 37 in Verbindung. Die drehbare Trommel 6 umfaßt zwei konzentrische Wände, von denen die innere Wand 42 eine einzelne Öffnung 7 und die äußere Wand 40 eine im allgemeinen mit der Öffnung 7 fluchtende Öffnung 44 und zwei weitere Öffnungen 46 und 48 aufweisen, die von der Öffnung 44 in entgegengesetzten Richtungen um etwa 150º beabstandet sind. Der Raum zwischen den beiden Wänden 40, 42 bildet den Zusatzkanal 8. Eine Klappe 50, die im wesentlichen den Zusatzkanal 8 auf der Seite der Öffnung 7 blockiert, erstreckt sich von der inneren Wand 42 von einem Punkt in der Nähe einer Seite der Öffnung 7 zu der äußeren Wand 40.
• Bei der in Fig. 6 gezeigten Stellung für eine niedrige Drehzahl steht das Innere der Trommel 6 über die Öffnung 7, den Zusatzkanal 8, der sich genau um die Trommel 6 herum erstreckt, und die Öffnung 36 mit dem ersten Einlaßkanal 1 in Verbindung. Die Einlaßkanäle 2 und 34 sind durch die äußere Wand 40 der Trommel 6 geschlossen. Der Lufteinlaßweg weist so einen kleinen Querschnittsbereich und eine beträchtliche Länge auf.
• In dem mittleren Motordrehzahlbereich ist die Trommel 6 in die in Fig. 7 gezeigte Stellung bewegt. In dieser Stellung strömt Luft durch die Öffnung 7 und um nur einen Teil der Länge des Zusatzkanals 8 herum und dann durch die Öffnungen 36 und 38 in die Einlaßkanäle 1 und 2. Der Einlaßluftweg weist so einen vergrößerten Bereich und eine verringerte Länge auf.
• Bei der in Fig. 8 gezeigten Stellung für eine hohe Drehzahl strömt die Luft aus der Öffnung 7, und ein Teil von ihr strömt dann direkt durch die Öffnungen 36 und 38 in die Einlaßkanäle 36 und 38, während der Rest der Luft über die Hälfte der Länge des Zusatzkanals 8 und dann durch die Öffnung 39 hindurch in den Einlaßkanal 34 strömt. Die Länge aller drei Wege ist im wesentlichen die gleiche. Der Einlaßluftweg weist so einen weiter vergrößerten Bereich und eine verringerte Länge auf.
• Es ist ersichtlich, dar bei dieser Ausführungsform zahlreiche Abänderungen gemacht werden können und dar beispielsweise der Einlaß 34 und die Öffnung 39 weggelassen werden können, um ein Ansaugsystem mit zwei unterschiedlichen Bereichen, aber drei oder mehr unterschiedlichen Längen zu schaffen.
• Ein Motor, bei dem ein Ansaugsystem des vorstehend beschriebenen Typs enthalten ist, enthält einen Motordrehzahlsensor und eine Betätigungseinrichtung, wie beispielsweise in GB-A-2 221 954 beschrieben, die mit der Trommel 6 verbunden und derart angeordnet sind, dar die Trommel zwischen der Stellung für eine hohe Drehzahl und der Stellung für eine niedrige Drehzahl bewegt wird, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Schwellenwert durchläuft.
• Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen betreffen eine einzige Einlaßöffnung, und es ist zu beachten, dar jeder Zylinder des Motors nur eine Einlaßöffnung aufweist oder daß er zwei oder sogar mehr solcher Öffnungen aufweisen kann, in welchem Fall das Ansaugsystem entsprechend häufig kopiert wird.
• Die Erfindung ist auch auf Motoren anwendbar, bei denen die sogenannte Abgasrückführung (EGR) verwendet wird, d.h. bei Motoren bei denen unter bestimmten Last- und Drehzahlbedingungen ein Teil der Einlaßluft durch zurückgeführtes Abgas (REG) ersetzt wird. Solche Motoren sind an sich wohl bekannt und neigen dazu, geringe Stickoxidemissionen zu erzeugen. Die kritischen Abschnitte des Ansaugsystems der zwei Ventile eines Doppeleinlaßventilmotors unter Verwendung von EGR sind in Fig. 9A bis 9D gezeigt. Jede Einlaßöffnung (die aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt ist) ist wieder mit den ersten und zweiten parallelen Einlaßkanälen 1 und 2 verbunden, stromabwärts von denen sich eine drehbare Trommel 50 befindet, die in einer weiteren drehbaren Trommel 6 aufgenommen ist. Beide Trommeln besitzen in ihnen ausgebildete Öffnungen, aber diese sind für die zwei Einlaßöffnungen unterschiedlich. Ein Zusatzkanal 8 ist zwischen dem äußeren Gehäuse 9 und der äußeren Trommel 6 ausgebildet.
• Wenn man zuerst das Ansaugsystem auf der linken Seite von Fig. 9 betrachtet, ist ersichtlich, dar die innere Trommel 50 innerlich durch eine Trennwand 52 in zwei Abschnitte geteilt ist. Der erste Abschnitt 54 enthält REG und hat keine darin ausgebildete Öffnung aus Gründen, die nachstehend ersichtlich werden. Der zweite Abschnitt 56 enthält Luft und weist eine einzige Öffnung 58 in seiner Außenwand ausgebildet auf, die sich über fast 180º erstreckt. Die äußere Trommel 6 weist zwei benachbarte Öffnungen 60 und 61 in ihrer Außenwand ausgebildet auf. Fig. 9A und 9B zeigen die Stellungen der Trommel bei hoher Motordrehzahl bzw. hoher und niedriger Last. Wie ersichtlich, steht der Abschnitt 56 der Trommel 50, der Luft enthält, in beiden Fällen direkt mit beiden Einlaßkanälen 1 und 2 durch die Öffnungen 58, 60 und 61 in Verbindung, d.h. nicht über den Zusatzkanal, ungeachtet der Tatsache, daß sich in Fig. 9B die innere Trommel 50 um etwa 450 gedreht hat. Fig. 9C und 9D zeigen die Stellungen der Trommel bei niedriger Motordrehzahl bzw. hoher und niedriger Last. Wie ersichtlich, steht der Abschnitt 56 der Trommel 50 in beiden Fällen nur mit einem Einlaßkanal 1 in Verbindung und zwar über den Zusatzkanal 8, und zwar ungeachtet der Tatsache, daß sich die innere Trommel in Fig. 9D um etwa 450 gedreht hat, wodurch der Weg zu der ersten Einlaßöffnung einen verringerten Bereich und eine vergrößerte Länge aufweist. Das Ansaugsystem für die erste Einlaßöffnung arbeitet sehr ähnlich wie dasjenige, das vorstehend in Verbindung init Fig. 1 bis 5 beschrieben wurde.
• Wenn man jetzt das Ansaugsystem betrachtet, das auf der rechten Seite von Fig. 9 gezeigt wird und das der anderen Einlaßöffnung zugeordnet ist, ist ersichtlich, daß die inneren und äußeren Trommeln die gleiche Konfiguration aufweisen, und zwar aufgrund der Tatsache, daß sie durch in Längsrichtung beabstandete Abschnitte der gleichen Komponenten gebildet werden. In diesem Bereich weist jedoch die äußere Trommel 6 zwei darin ausgebildete Öffnungen 62 und 64 auf, während die innere Trommel 50 zwei Öffnungen 66, 68, die mit dem Abschnitt 56, der Luft enthält, in Verbindung stehen, und eine weitere Öffnung 70 aufweist, die mit dem Abschnitt 54, der REG enthält, in Verbindung steht. Wie ersichtlich, steht unter den Bedingungen hoher Drehzahl und hoher Last, die in Fig. 9A gezeigt sind, der Abschnitt 56, der Luft enthält, direkt mit den zwei Einlaßkanälen 1 und 2 in Verbindung und kein REG tritt in diese ein. Bei hoher Drehzahl, aber niedriger Last steht der Abschnitt 56, der Luft enthält, nicht mit den Einlaßkanälen in Verbindung, und der REG enthaltende Abschnitt 54 steht mit einem der Einlaßkanäle über die Öffnungen 70 und 62 wie in Fig. 9B gezeigt in Verbindung. Die für die Verbrennung erforderliche Luft wird durch die andere Einlaßöffnung zugeführt. Bei niedriger Drehzahl, aber hoher Last steht der Luft enthaltende Abschnitt 56 mit einem der Einlaßkanäle über den Zusatzkanal 8 in Verbindung und kein REG kann in die Einlaßöffnung treten, wie in Fig. 9£ gezeigt. Schließlich steht, wie in Fig. 9D gezeigt, der REG enthaltende Abschnitt 54 bei niedriger Drehzahl und keiner Belastung mit einem der Einlaßkanäle über den Zusatzkanal 8 in Verbindung, und keine Luft kann in die Einlaßöffnung treten; die gesamte erforderliche Luft tritt über die andere Einlaßöffnung ein.
• Die beiden Trommeln werden so unabhängig bewegt. Die Trommel 6 wird in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bewegt, und für diesen Zweck ist sie mit einem Drehzahlsensor und einer Betätigungseinrichtung des bekannten Typs versehen. Die Trommel 50 wir in Übereinstimmung mit der Motorlast bewegt, und für diesen Zweck ist sie mit einer Betätigungseinrichtung gekoppelt, der mit einem Belastungssensor oder beispielsweise der Motordrossel verbunden ist.
• Wie vorstehend angegeben, sind die den zwei Einlaßöffnungen zugeordneten Trommeln 6 und 50 Teil der gleichen Komponenten. Es ist in der Praxis zu erkennen, dar es selbst bei einem Mehrzylindermotor mit zwei Einlaßöffnungen pro Zylinder nur zwei Trommeln gibt, von denen jede mit den zahlreichen für die verschiedenen Einlaßöffnungen erforderlichen Öffnungen versehen ist.

Claims (14)

1. Ansaugsystem für einen Hubkolbenverbrennungsmotor mit einem Lufteinlaß, einem ersten Einlaßkanal (1), der mit einer Einlaßöffnung in einem Zylinder des Motors in Verbindung steht, einem Zusatzkanal (8) und einem zweiten Einlaßkanal (2), der parallel zu dem ersten Einlaßkanal (1) liegt und mit dem gleichen Zylinder und der gleichen Ventileinrichtung (6) in Verbindung steht, die zwischen einer ersten Stellung, bei der Luft von dem Lufteinlaß durch die ersten und zweiten Einlaßkanäle (1, 2) in den Zylinder strömt, und einer zweiten Stellung bewegbar ist, bei der Luft von dem Lufteinlaß nur durch den ersten Einlaßkanal (1) über den Zusatzkanal (8) in den Zylinder strömt, wobei die Ventileinrichtung eine zylindrische Trommel (6) umfaßt, deren Inneres mit dem Lufteinlaß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dar die ersten und zweiten Einlaßkanäle (1, 2) mit der gleichen Einlaßöffnung in Verbindung stehen und dar zwei oder mehr Öffnungen (7, 12; 27, 28, 29) in der Wand der zylindrischen Trommel (6) ausgebildet sind, wobei die Trommel (6) um ihre Achse zwischen der zweiten Stellung, bei der eine Öffnung (7; 29) mit dem Zusatzkanal (8) in Verbindung steht, und die andere Öffnung bzw. die anderen Öffnungen (12; 27, 28) blockiert ist bzw. sind und der ersten Stellung bewegbar ist, bei der zwei Öffnungen (7, 12; 27, 28) mit den ersten und zweiten Einlaßkanälen (1, 2) in Verbindung stehen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dar der Zusatzkanal (8) durch die äußere Fläche der Trommel (6) und die innere Fläche eines die Trommel enthaltenden Gehäuses (9) definiert ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dar die Trommel (6) drehbar innerhalb eines feststehenden Zylinders (20) aufgenommen ist, in dem drei Öffnungen (21, 22, 23) ausgebildet sind, die mit dem ersten Kanal (1), dem zweiten Kanal (2) und dem Zusatzkanal (8) in Verbindung stehen.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an dem stromabwärtigen Ende des zweiten Kanals (2) gelegene Ventileinrichtung und durch Verbindurigsmittel, die die Ventileinrichtung mit der Ventileinrichtung (6) verbinden und derart angeordnet sind, dar die Ventileinrichtung sich zwischen der Öffnungs- und der SchlieDstellung bewegt, wenn sich die Ventileinrichtung (6) zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegt.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dar die Trommel (6) eine sich nach außen erstreckende Klappe (18) trägt, die derart angeordnet ist, daß dann, wenn sich die Trommel (6) in der ersten Stellung befindet, die Klappe die Verbindung zwischen dem ersten und dem Zusatzkanal (1, 8) blockiert, und dann, wenn die Trommel sich in der zweiten Stellung befindet, die Klappe die Verbindung zwischen dem ersten und dem Zusatzkanal (1, 8) gestattet und im wesentlichen einer Wand des ersten Kanals (1) benachbart ist.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzßichnet, dar ein dritter Einlaßkanal (34) vorgesehen ist, der auch mit der gleichen Einlaßöffnung in Verbindung steht, daß die Ventileinrichtung (6) eine zylindrische Trommel init inneren und äußeren Wänden (40, 42) umfaßt, die zusammen den Zusatzkanal (8) bilden und in der eine Vielzahl von Öffnungen (7, 44, 46, 48) ausgebildet ist, und dar die Trommel (6) zwischen ersten, zweiten und dritten Stellungen drehbar ist, bei denen der Lufteinlaß mit dem ersten Einlaßkanal (1) nur über den Zusatzkanal in Verbindung steht, mit den ersten und zweiten Einlaßkanälen (1, 2) nur über einen Abschnitt des Zusatzkanals (8) und mit den ersten, zweiten bzw. dritten Einlaßkanälen (1, 2, 34) in Verbindung steht.

7. Hubkolbenverbrennungsmotor, umfassend eine Vielzahl von Zylindern, dadurch gekennzeichnet, dar jeder Zylinder mit einem Ansaugsystem nach Anspruch 1 verbunden ist und alle Trommeln (6) zur Bildung einer integralen Einheit miteinander verbunden sind.

8. Motor nach Anspruch 7, umfassend ein Einlaßventil, das jedem Zylinder zugeordnet ist und mit einer in einem Zylinderkopf ausgebildeten Einlaßöffnung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dar die ersten und zweiten Kanäle (1, 2) innerhalb eines gemeinsamen Rohrs liegen und durch eine gemeinsame Trennwand (3) getrennt sind.

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dar die Trennwand (3) sich über das gemeinsame Rohr hinaus in die Einlaßöffnung erstreckt.

10. Motor nach Anspruch 8, bei dem jeder Zylinder mit einem Ansaugsystem wie in Anspruch 4 beansprucht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dar die Trennwand (3) an der Verbindung des Zylinderkopfs mit dem gemeinsamen Rohr endet.

11. Motor nach einem der Ansprüche 7 bis 10 der vom "V"-Typ ist, wobei die Zylinder in zwei Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dar jeder Zylinder mit einem Ansaugsystem nach Anspruch 3 verbunden ist, daß die Trommeln (6), die einer Reihe von Zylindern zugeordnet sind, zwei darin ausgebildete Öffnungen (7, 12) aufweisen, und dar die Trommeln (6), die der anderen Reihe von Zylindern zugeordnet sind, drei darin ausgebildete Öffnungen (27, 28, 29) aufweisen.

12. Hubkolbenverbrennungsmotor mit zwei Einlaßöffnungen pro Zylinder, gekennzeichnet durch ein erstes Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das mit einer Einlaßöffnung in Verbindung steht und ein zweites Ansaugsystem, das mit der anderen Einlaßöffnung in Verbindung steht, wobei das zweite Ansaugsystem einen Lufteinlaß (56), einen ersten Einlaßkanal (l), der mit der Einlaßöffnung in Verbindung steht, einen zweiten Einlaßkanal (2), der mit der gleichen Einlaßöffnung parallel zu dem ersten Einlaßkanal (l) verbunden ist, einem Zusatzkanal (8), einem Einlaß (54) für Rückführabgas und einer Ventileinrichtung (6, 50), die zwischen einer ersten Stellung, bei der der Lufteinlaß (56) direkt mit den ersten und zweiten Einlaßkanälen (1, 2) in Verbindung steht, einer zweiten Stellung, bei der der Lufteinlaß (56) nur mit dem ersten Einlaßkanal (1) über den Zusatzkanal (8) und nicht mit dem zweiten Einlaßkanal (2) in Verbindung steht, einer dritten Stellung, bei der der Einlaß (54) für Rückführabgas direkt mit einem der Einlaßkanäle (1, 2) in Verbindung steht und der Lufteinlaß (56) mit keinem der Einlaßkanäle in Verbindung steht, und einer vierten Stellung bewegbar ist, bei der der Einlaß (54) für das Rückführabgas mit einem der Einlaßkanäle über den Zusatzkanal (8) in Verbindung steht und der Lufteinlaß (56) mit keinem der Einlaßkanäle in Verbindung steht.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dar die Ventileinrichtung (6, 50) eine drehbare Trommel (50) aufweist, deren Inneres durch eine Trennwand (52) in einen Luftdurchtritt (56) und einen Einlaß (54) für Rückführabgas unterteilt ist und in deren Wand sich mindestens eine Öffnung (66, 68, 70) befindet, die mit dem Lufteinlaß (56) und dem Einlaß (54) für Rückführabgas in Verbindung steht und die innerhalb einer weiteren drehbaren Trommel (60) untergebracht ist, in deren Wand sich mindestens eine Öffnung (62, 64) befindet.

14. Motor nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dar der Lufteinlaß (56) des ersten Ansaugsystems und der Lufteinlaß des zweiten Ansaugsystems einen einzigen länglichen Luftansaugraum bilden.