DE69401391T2

DE69401391T2 - Einlasssystem für Mehrzylinderbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE69401391T2
Application number: DE69401391T
Authority: DE
Inventors: Jan Dahlgren; Jan Karlsson
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2014-07-07
Also published as: SE9302368L; DE69401391D1; SE9302368D0; US5542386A; ATE147479T1; EP0633397A1; SE500730C2; EP0633397B1

Description

ANWENDUNGSGEBIET

Einlaßsystem für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit einer ersten Verteilerkammer, eines separaten Einlaßrohrs für jeden Maschinenzylinder, wobei sich die Einlaßrohre zwischen der ersten Verteilerkammer und dem Einlaßventil/den Einlaßventilen des entsprechenden Zylinders erstrecken, und mindestens einer zweiten Verteilerkammer, die über jeweils einen Durchlaß an jedes Einlaßrohr zwischen der ersten Kammer und dem Einlaßventil anschließbar ist, wobei der Durchlaß mittels einer bedienbaren Drosselklappe zu öffnen ist, wodurch jede zweite Verteilerkammer über mindestens ein Resonanzrohr mit der ersten Verteilerkammer verbunden ist.

AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG

Bei Brennkraftmaschinen, die innerhalb eines relativ breiten Spektrums von Maschinengeschwindigkeiten betrieben werden, ist bekannt, daß das bei einer bestimmten Maschinengeschwindigkeit angesaugte Gasvolumen durch Optimierung der Länge und des Durchmessers der Einlaßrohre vergrößert werden kann, wodurch auch der sogenannte volumetrische Wirkungsgrad der Maschine erhöht wird. Das hängt von der Beeinflussung der im Einlaßsystem vorhandenen Gasmenge durch die Betriebsfrequenz der Einlaßventile ab, so daß das Gas in Resonanzschwingung versetzt wird. Wenn die Schwingungsperiode der Betriebsfrequenz der Ventile entspricht, wird die oben erwähnte Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrads erreicht. Folgerichtig wird bei bestimmten Maschinengeschwindigkeiten mit einem langen Einlaßrohr ein höherer volumetrischer Wirkungsgrad erreicht, während bei anderen Maschinengeschwindigkeiten ein kurzes Einlaßrohr zu einem höheren volumetrischen Wirkungsgrad führt.
Zum Beispiel aus EP 0182223 ist auch schon die Schaffung einer gesonderten Luftverteilerkammer bekannt, die sich zwischen der ersten Verteilerkammer und den Einlaßventilen befindet und über eine Drosselklappe, die geöffnet werden kann, mit jedem Einlaßrohr verbunden ist. Mittels dieser Anordnung kann die wirksame Länge der Einlaßrohre variiert werden, wodurch das Öffnen der Drosselklappen innerhalb eines höheren Bereichs von Maschinengeschwindigkeiten zu einer Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrads führt.
Es ist wünschenswert, dem Punkt des Übergangs zwischen dem ersten und zweiten Nutzungsbereich eine solche Stelle zuzuweisen und ihn mit solch einer Überlappung der beiden Kurven festzulegen, daß im Übergangsbereich kein deutlicher Abfall des Drehmoments zu verzeichnen ist. Hierbei stößt die positive Wirkung dieser bekannten Anordnungen in der Realität an ihre Grenzen.
JP-A-63-280822 offenbart ein Einlaßsystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Resonanzrohrs in die erste Verteilerkammer mittels einer zusätzlichen Drosselklappe geöffnet werden kann. Dieses Einlaßsystem nach dem Stand der Technik verwendet Drosselklappen an verschiedenen Stellen des Einlaßsystems. Auch sind die Länge der Einlaßrohre und die Länge des Durchlasses zwischen der ersten und der zweiten Verteilerkammer unterschiedlich, wodurch keine Resonanzwirkung zwischen den beiden Verteilerkammern auftritt, wenn die Ventile geöffnet sind.

TECHNISCHES PROBLEM

Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Einlaßsystems des anfangs erwähnten Typs, das die Nutzung der Resonanzfrequenz des Einlaßsystems für einen vorteilhaften volumetrischen Wirkungsgrad innerhalb eines Bereichs von Maschinengeschwindigkeiten von größtmöglicher Breite gestattet.

LÖSUNG

Sie ist erfindungsgemäß erreicht worden, indem der Einlaß des Resonanzrohrs in die zweite Verteilerkammer mittels einer zusätzlichen Drosselklappe geöffnet werden kann. Durch Hinzunahme des Resonanzrohrs ist es möglich, die Resonanzfrequenz für den Nutzungsbereich mit kurzen Einlaßrohren auf eine solche Art und Weise zu optimieren, daß die positive Wirkung gegenüber bekannten verschiedenen Einlaßsystemen wesentlich erhöht wird.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen genauer beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, in denen
Fig. 1 eine erste Variante des erfindungsgemäßen Einlaßsystems schematisch offenbart,
Fig. 2 auf entsprechende Art und Weise eine zweite Variante der Erfindung zeigt und
Fig. 3 ein Diagramm ist, das die technische Wirkung des erfindungsgemäßen Einlaßsystems zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 offenbart ein Einlaßsystem einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern 10. Das Einlaßsystem schließt einen Auslaßzapfen 11 von einem nicht offenbarten Luftfiltergehäuse ein. Im Auslaßzapfen befindet sich eine Drosselklappe 12 zur Einstellung des Fließvolumens der gereinigten Einlaßluft.
Der Auslaßzapfen 11 öffnet sich zu einer ersten Verteilerkammer 13 hin, von der aus sich ein Resonanzrohr 14 und vier Einlaßrohre 15a, 15b erstrecken. Das Resonanzrohr 14 erstreckt sich zur zweiten Verteilerkammer 16, die sich zwischen der ersten Verteilerkammer 13 und dem Motor 10 befindet, wo der Auslaß des Rohrs 14 in die Kammer 16 mittels einer Drosselklappe 17, die auf einer drehbaren Achse 18 montiert ist, geöffnet und geschlossen werden kann.
Die Einlaßrohre 15a, 15b erstrecken sich von der ersten Verteilerkammer 13 bis zu jedem Einlaßventil im Motor 10 und sind dazwischen alle über eine nicht gezeigte Rohrverzweigung mit der zweiten Verteilerkammer 16 verbunden. Das Öffnen und Schließen der über die Rohrverzweigung verlaufenden Durchlässe kann mittels Drosselklappen 19 erfolgen, die bevorzugterweise auf derselben drehbaren Welle 18 wie die Drosselklappen 17 montiert sind. Die Drosselklappen 19 können aber auch auf eine Welle montiert werden, die in Bezug auf die Welle 18 separat betrieben werden kann.
Fig. 3 zeigt in Diagrammform die Funktion des Einlaßsystems, wobei die horizontale Achse die zunehmende Anzahl der Umdrehungen r/s und die vertikale Achse die Zunahme des Drehmoments Nm bezeichnen.
Innerhalb eines niedrigen Bereichs von Maschinengeschwindigkeiten, dargestellt durch Kurve 20, wird ein geeignetes Drehmoment mit geschlossenen Drosselklappen 17 und 19 erreicht. Hierdurch wird die Schwingungsperiode des Luftvolumens im Einlaßsystem durch die Gesamtschallänge der Rohrteile 15a, 15b bestimmt.
Innerhalb eines höheren Bereichs von Maschinengeschwindigkeiten, dargestellt durch Kurve 21, wird ein geeignetes Drehmoment mit geöffneten Drosselklappen 17 und 19 erreicht. Hierdurch wird die Schwingungsperiode des Luftvolumens im Einlaßsystem durch die Schallänge des Rohrteils 15b zusammen mit der Schallänge des Resonanzrohrs 14 bestimmt. Die Wirkung des Resonanzrohrs 14 wird durch den gestrichelten Teil 22 von Kurve 21 dargestellt, die das Drehmoment eines Einlaßsystems gemäß Fig. 1, das kein Resonanzrohr 14 hat, offenbart.
Fig. 2 offenbart ein Einlaßsystem einer Brennkraftmaschine 10 mit sechs Zylindern. Das Einlaßsystem ist im wesentlichen so aufgebaut wie die vorhergehende Ausführungsform, außer daß die zweite Verteilerkammer in zwei Teilkammern 16a, 16b unterteilt ist. Jede dieser beiden Teilkammern ist über nicht gezeigte, durch Drosselklappen gesteuerte Rohrverzweigungen mit drei Einlaßrohren 15a, 15b verbunden. Jede der beiden Teilkammern 16a, 16b ist weiterhin mit der ersten Verteilerkammer über ein Resonanzrohr 14 verbunden, dessen Öffnungen zu den Teilkammern 16a, 16b hin mittels der Drosselklappen 17 geöffnet und geschlossen werden können.
Die Einstellung der Drosselklappen 17, 19 erfolgt in beiden Ausführungsformen bevorzugterweise mittels eines Drehzahlsensors. Alle Drosselklappen 17, 19 sind geeigneterweise entlang einer gemeinsamen Welle 18 angeordnet, so daß sie jeweils gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß sich die Drosselklappen 19 öffnen, wenn eine bestimmte Drehzahl überschritten wird, und dann die Drosselklappen 17, wenn eine noch höhere Drehzahl überschritten wird.
Das Resonanzrohr 14 ermöglicht die Optimierung der Resonanzfrequenz für den Nutzungsbereich mit kurzen Einlaßrohren durch Bemessung der Schallänge und der Querschnittsfläche des Rohrs.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der folgenden Ansprüche eine Reihe von Modifikationen denkbar. Folgerichtig kann die Erfindung natürlich auch auf Maschinen mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Zylindern als die beschriebenen vier oder sechs Zylinder angewendet werden. Weiterhin bilden die Zylinder, die in gleichmäßiger Zündfolge angeordnet sind, eine Gruppe.

Claims

1. Einlaßsystem für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine (10) mit einer ersten Verteilerkammer (13), eines separaten Einlaßrohrs (15a, 15b) für jeden Maschinenzylinder, wobei sich die Einlaßrohre zwischen der ersten Verteilerkammer (13) und dem Einlaßventil/den Einlaßventilen des entsprechenden Zylinders erstrecken, und mindestens einer zweiten Verteilerkammer (16, 16a, 16b), die über jeweils einen Durchlaß an jedes Einlaßrohr (15a, 15b) zwischen der ersten Kammer und dem Einlaßventil anschließbar ist, wobei der Durchlaß mittels einer bedienbaren Drosselklappe (19) zu öffnen ist, wodurch jede zweite Verteilerkammer (16, 16a, 16b) über mindestens ein Resonanzrohr (14) mit der ersten Verteilerkammer (13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Resonanzrohrs (14) in die zweite Verteilerkammer (16, 16a, 16b) mittels einer zusätzlichen Drosselklappe (17) zu öffnen ist.

2. Einlaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Drosselklappe (17) gleichzeitig mit der anderen Drosselklappe (19) bedienbar ist.

3. Einlaßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappen (17,19) auf einer gemeinsamen Lenkwelle (18) montiert sind.

4. Einlaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanzrohr (14) die gleiche Schallänge wie die Einlaßrohre (15a) hat.

5. Ein laßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallquerschnittsfläche des Resonanzrohrs (14) von der Schallquerschnittsfläche der Einlaßrohre (15a) abweicht.