DEP0008377DA - Saugrohr für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Saugrohre für Brennkraftmaschinen, die den besonderen Zweck haben, eine erhöhte Ladung des Arbeitszylinders durch Ausnutzung einer im Saugrohr herrschenden Schwingung der Luftsäule zu erzielen, wobei diese durch den Ansaugtakt der Maschine angeregt wird und eine erhebliche Erhöhung des Liefergrades ermöglicht.

Die schon vielfach in der Literatur behandelte Theorie der angedeuteten Aufgabenstellung ist ziemlich verwickelt, so dass in der Praxis oft der empirische Weg schneller zu brauchbaren Resultaten führt.

So kann man verhältnismässig einfach die Länge eines geraden Rohres mit für eine zulässige mittlere Luftgeschwindigkeit bemessenem Querschnitt finden, bei der im Einzylinderbetrieb der Nachladungseffekt auftritt. Da diese Längen in der Grössenordnung des 20-40-fachen des Rohrdurchmessers liegen, ist es bei den heute in allen Arten von Fahrzeugen als Antriebsmaschine verwendeten Mehrzylindermotoren aus Raumgründen nicht möglich, für jeden Zylinder ein eigenes Saugrohr vorzusehen, zumal einerseits die Zusammenführung der Rohre hinter dem Vergaser (bei Fremdzündern) oder dem Luftfilter (bei Selbstzündern) den erstrebten Effekt durch gegenseitige Störung zumindest stark beeinträchtigen würde, und andererseits die Anordnung von einem Vergaser oder Luftfilter je Zylinder aus wirtschaftlichen und regulierungstechnischen Gründen nicht angängig ist.

Die günstigste Lösung stellt eine Gruppen-Zusammenfassung mehrerer Zylinder dar, die an demselben Saugrohr angeschlossen sind, in dem die erwünschte Schwingungsbildung auftritt. Die Bedingungen dafür, wie viele Zylinder zusammengefasst werden können, sind mit der Gleichmässigkeit der Impulsgabe durch den Motor, sowie mit deren Ausgeprägtheit gegeben, wie im folgenden an Hand der Abb. 1 für einen Viertakt-Motor näher erläutert wird. Hier ist über den Kurbelwinkelgraden - einem Mass für die Zeit bei konstanter Drehzahl - der Saugimpuls aufgetragen. Dieser ist abhängig von den Steuer-Querschnitten und -Zeiten, für welch letztere hier ein Durchschnittswert von 220° Kw angenommen wurde.

Die Abb. 1 zeigt mit den ausgezogenen Linien die Impulsfolge für den Einzylinder. Man erkennt, dass der Zeitzwischenraum zwischen den Impulsen wesentlich grösser wird, als die Impulszeit selbst, d.h. man hat es hier mit einer relativ schwachen Anregung zu tun, und zwar bei gleichfrequenter Anregung (Schwingung s(sub)1) mit einer relativ kleinen Amplitude, bei halbfrequenter Anregung dagegen s(sub)2 mit einer relativ kleinen Wirkzeit. Bei Zusammenfassung zweier Zylinder dagegen wird die Anregung relativ stark (Impuls des zweiten Zylinders punktiert gezeichnet), da aus der halbfrequenten Anregung eine gleichfrequente mit nahezu gleichen Zeitabständen für Wirkung und Zwischenraum wird s(sub)3.

In Abb. 1 ist der Impulsverlauf für drei zusammengefasste Zylinder dargestellt. Die Impulse rücken schon recht nahe aneinander, so dass eine gewissen Überschneidung mit dem Erfolg einer geminderten Wirkamplitude Aw auftritt und die anregende Schwingung daher an Intensität etwa einbüsst.

In Abb. 1c erkennt man die bereits erhebliche Impulsüberschneidung, die eine so starke Verkleinerung der Wirkamplitude Aw hervorruft, dass der Nachlade-Effekt nur noch angedeutet auftreten wird.

Bei allen höheren Zylinderzahlen werden die Dinge noch schlechter, so dass bereits beim Achtzylinder mit einer so gut wie gleichmässigen, also schwingungsfreien Absaugung zu rechnen sein wird, die keinerlei Nachladungseffekt mehr ermöglicht und daher mit normalen Liefergraden arbeitet.

Hieraus geht hervor, dass es günstig ist, die Ansaugstellen von bis zu drei, sich im gleichen Zündabstand befindlichen Viertaktzylindern an ein gemeinsames Ansaugrohr zu legen, dessen geeignete Länge versuchsmässig zu ermitteln ist. Die durch die Kanallegung innerhalb des Zylinderblockes bedingte Verschiedenartigkeit der Einzel-Längen ist, verglichen mit der ganzen Saugrohrlänge, so geringfügig, dass diese konstruktiv nur sehr unbequem zu umgehenden Gegebenheit sich praktisch nicht auswirkt. Es ist einleuchtend, dass für mehrere, gleichgeartete Zylindergruppen gleiche Rohrlängen verwendet werden müssen, um gleiche Nachladungseffekte zu erzielen.

Wie eingangs schon erwähnt, handelt es sich bei den Saugrohren mit der beschriebenen Wirkung um Längen, die bei 6- bis 8-Ltr.-Motoren in der Grössenordnung von 1-2 m liegen und nicht ohne weiteres bei Fahr- und Flugzeugen untergebracht werden können. Erfindungsgemäss werden diese Rohre raumsparend so ausgebildet, dass sie zum überwiegenden Teil aus Kreis-, Wendel- und Spiralteilen bzw. Kombinationen dieser Kurven, zusammengesetzt sind. Zwar sind die Schwingungseigenschaften gebogener Rohre etwas andere als die gerader Rohre gleicher Länge, doch bleiben die aufgezeigten Eigenschaften qualitativ die gleichen. Nur teilweise für andere Bauelemente, z.B. Luftfilter, in Anspruch genommene Räume können zur Unterbringung des gewundenen und gebogen Rohres günstig herangezogen werden, wie dies in Abb. 2 am Beispiel einer 6-Zylinder-Selbstzündermaschine dargestellt ist. Der drei Zylinder umfassende Block 1 erhält die Zuführungskanäle 4 zu den Einlassventilen 3, an deren Vereinigungsstelle das gekrümmte Saugrohr 5 angeflanscht 5' ist. Das steigend in einer oder mehreren Windungen geschraubte Rohr führt schliesslich über den Rohranfang hinweg und fällt dann in einer in dieser Projektion nicht erscheinenden ebenen Krümmung 5'' nach unten, um im Ansaugfilter 6 zu münden; der benachbarte Block wird spiegelbildlich gleich ausgebildet.

Die Abb. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Rohrwendel vertikal angeordnet ist.

Da bei einer Serienfertigung mit gewissen Abweichungen zwischen den einzelnen Exemplaren zu rechnen ist, und andererseits die Verwendung verschiedener Ausführungsarten von am Saugrohr angebrachten Hilfsgeräten (Luftfilter, Vergaser usw.) möglich sein muss, ohne die durch die Erfindung erzielten Vorteile einzubüssen, empfiehlt es sich, ein kurzes Ausgleichstück vor oder hinter dem Hilfsgerät vorzusehen, mit Hilfe dessen die Bemessung des Gesamtrohres auf seine optimale Länge auf einfache Weise möglich ist.

Bei Zweitaktmotoren gelten die oben angestellten Überlegungen über die die Schwingung anregenden Impulse entsprechend. Allerdings kann man in Anbetracht der kleineren Steuerzeiten auf vier Impulse je Gesamtwinkel eines Arbeitsspieles gehen, so dass die Zusammenfassung von zwei im Zweitakt arbeitenden Arbeitszylindern hier den erwünschten Nachlade-Effekt noch nicht in Frage stellen dürfte.

Claims (5)

1.) Saugrohr für Brennkraftmaschinen von einer gewissen, einen Schwingungs-Nachlade-Effekt im Arbeitszylinder erzielenden Länge, gekennzeichnet durch den Anschluss von nicht mehr als so vielen Arbeitszylindern, dass die Summe ihrer Steuerzeiten, einbezüglich einer gewissen Toleranz, den Gesamtwinkel des Arbeitsspieles nicht überschreitet.

2.) Saugrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seine Länge bei allen gleichen Gruppen von Arbeitszylindern eines Motors gleich sind, abgesehen von den Abweichungen nach Anspruch 5.

3.) Saugrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrfach gebogen verläuft, oder überwiegend aus Kreis-, Wendel-, Spiralteilen oder deren Kombinationen besteht.

4.) Saugrohr nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrteilig ausgeführt ist.

5.) Saugrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass seine genau richtige Länge jeweils durch Anpassen des kurzen Endteiles abgestimmt wird.