Alisaugsystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine Ali suction system for a piston internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an intake system for a piston internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, an Kolbenbrennkraftmaschinen mit zwei Einlaßventilen je Zylinder jedem Einlaßventil einem eigenen Einlaßkanal zuzuordnen. Um bei niedriger Last und/oder geringer Drehzahl hohe Einströmgeschwindigkeit mit entsprechender Ladungsbewegung (Drall) im Zylinder zu erzeugen, ist es bekannt, einen der Einlaßkanäle betriebspunktabhängig zu schließen. Eine derartige Anordnung ist in der MTZ, 1994, Heft 9, Seite 519, beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung sind je Zylinder zwei unterschiedliche Einlaßkanäle (Primär- und Sekundärkanal) vorgesehen, von denen einer mittels eine Klappe verschließbar ist, die erst bei Erreichen bestimmter Betriebszustände der Brennkraftmaschine geöffnet wird. Damit wird zwar ein besseres Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und eine Verbesserung der Verbrennung bei Teillast erreicht. Die Anordnung ist jedoch mit einem höheren Strömungswiderstand verbunden und außerdem ergibt die Aufteilung in einen Primärkanal (kleiner Durchmesser, große Länge) und einen Sekundärkanal (großer Durchmesser, kürzere Länge) im mittleren und oberen Drehzahl-bzw. Lastbereich Füllungsverluste infolge der Geometrien des Primärkanals.It is known in piston internal combustion engines with two intake valves per cylinder to assign each intake valve its own intake port. In order to generate a high inflow speed with a corresponding charge movement (swirl) in the cylinder at low load and / or low speed, it is known to close one of the inlet channels as a function of the operating point. Such an arrangement is described in MTZ, 1994, number 9, page 519. In this known arrangement, two different inlet channels (primary and secondary channels) are provided for each cylinder, one of which can be closed by means of a flap which is only opened when certain operating states of the internal combustion engine are reached. This does indeed result in better torque in the lower speed range and an improvement in combustion at part load. However, the arrangement is associated with a higher flow resistance and, moreover, the division into a primary channel (small diameter, long length) and a secondary channel (large diameter, shorter length) in the middle and upper speed or. Load range filling losses due to the geometry of the primary channel.
Das konstante Drallniveau, das sich durch Abschalten eines Einlaßkanals einstellt, führt in bestimmten Betriebszustanden zu erheblichen Nachteilen hinsichtlich des therrmodynamischen Wirkungsgrades, der Schadstoffemissionen und des Ladungswechsels.The constant swirl level, which is established by switching off an inlet duct, leads in certain operating states to considerable disadvantages with regard to the thermodynamic efficiency, the pollutant emissions and the charge change.
Mit steigender Last und Drehzahl nehmen auch die zentrifugalen Kräfte auf die Kohlenwasserstoffmoleküle zu, was zu einer hohen Konzentration an der Zyxlinderwand führt. Daraus ergibt sich eine unvollständige Verbrennung und damit ein Anstieg der HC- Emissionen.With increasing load and speed, the centrifugal forces on the hydrocarbon molecules also increase, which leads to a high concentration on the cylinder wall. This results in incomplete combustion and thus an increase in HC emissions.
Durch die rotatorische Bewegung des Dralls wird die Verbrennung zur Zylinderwand hin beschleunigt. Dies führt in bestimmten bzw. ungünstigen Betriebspunkten zu einem Anstieg der Wandwärmeverluste. Desweiteren erfordert die Generierung der
Drallströmung in der Ansaugphase eine höhere Ladungswechselarbeit.The rotation of the swirl accelerates the combustion towards the cylinder wall. This leads to an increase in wall heat losses in certain or unfavorable operating points. Furthermore, the generation of the Swirl flow in the intake phase a higher charge exchange work.
Aus der DE 35 18 684 AI ist ein Saugrohr für eine Mehrzytoderbrennkraftmaschine bekannt, die jeweils nur ein Einlaßventil je Zylinder aufweist. Die zu den Einlaßventilen führenden Ansaugkanäle weisen jeweils einen Wandabschnitt aus, der zumindest teilweise elastisch verstellbar ausgebildet ist. Damit wird erreicht, daß die in den Saugrohren herrschende Strömungsgeschwindigkeit an die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine anpaßbar ist.From DE 35 18 684 AI an intake manifold for a multi-cytoder internal combustion engine is known, which has only one intake valve per cylinder. The intake ducts leading to the inlet valves each have a wall section which is at least partially elastically adjustable. This ensures that the flow velocity prevailing in the intake manifolds can be adapted to the operating parameters of the internal combustion engine.
Aus der DE 44 12 281 AI ist ein Einlaßkanalsystem für eine Brennkrafteiaschine mit mehreren Einlaßkanälen je Zylinder bekannt, in denen je ein Einlaßventil arbeitet. In einem der Einlaßkanäle ist ein Drehschieber angeordnet, mittels dessen der Gasstrom drosselbar und umlenkbar ist. Damit soll erreicht werden, daß die Ladungsbewegung im Zylinder an die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine anpaßbar ist.From DE 44 12 281 AI an inlet duct system for an internal combustion engine with several inlet ducts per cylinder is known, in each of which an inlet valve works. A rotary slide valve is arranged in one of the inlet ducts, by means of which the gas flow can be throttled and deflected. This is intended to ensure that the charge movement in the cylinder can be adapted to the operating parameters of the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ansaugsystem für Kolbenbrennl-xaftmaschinen mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder zu schaffen, das neben hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und guter Ladungsbewegung im Zylinder bei Teillast auch im mittleren und oberen Drehzahlbereich bei Vollast durch Schwingungsabstimmung einen hohen Liefergrad ermöglicht.The invention has for its object to provide an intake system for Piston Brennl-xaftmaschinen with several intake valves per cylinder, which in addition to high torque at low speeds and good charge movement in the cylinder at part load also in the medium and upper speed range at full load enables a high degree of delivery by vibration tuning.
Diese Aufgabe wird mit einem Ansaugsystem gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Erfindungs¬ gemäß läßt sich der zu einem Zylinder der
führende Ansaugkanal so verändern, daß je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine unter Bildung eines im Querschnitt veπninderten Strömungswegs nur ein Einlaßkanal freigegeben ist, wodurch bei niedrigen Drehzahlen bzw. Teillast hohe Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden. Durch das unsymmetrische Ansaugen über ein Einlaßventil (bei einem Mehrventilmotor) bildet sich zusätzlich eine Drallströmung im Zylinder, durch die eine hohe Abgasrücjjduhrverträglichkeit sowie eine gute Magerlauffähigkeit ermöglicht werden. Die Trennwand kann zwischen minimalem und maximalem Querschnitt jede beliebige Position einnehmen und dadurch auch die Größe der Amplitude der Unterdruckwelle im Ansaugkanal bestimmen, die einen starken Einfluß auf die Resonanz in dem Ansaugkanal vorgeschalteten Resonanzräumen hat. Bei Vollast der Brennkraftmaschine bzw. hohen Drehzahlen kann die Trennwand des Ansaugkanals in eine Stellung bewegt werden, in
der unter Bildung eines im Querschnitt maximalen Strömungsweges alle Einlaßkanäle freigegeben sind, das heißt maximale Füllung und maximales Drehmoment erzielt werden. Durch Drosselung des Ansauggemisches in einem Einlaßkanal bei einem Mehrventilmotor läßt sich die Ladungsbewegung bzw. das Drallniveau so steueren, daß die eingangs aufgeführten Nachteile der Drallströmung vermieden werden.This object is achieved with an intake system according to claim 1. According to the invention, it can be made into a cylinder Change the leading intake duct so that, depending on the operating state of the internal combustion engine, only one inlet duct is released, forming a flow path with a cross-section that is reduced in cross section, as a result of which high flow velocities are achieved at low speeds or partial load. The asymmetrical intake via an inlet valve (in the case of a multi-valve engine) additionally creates a swirl flow in the cylinder, which enables high exhaust gas recirculation compatibility and good lean running capability. The partition can assume any position between the minimum and maximum cross-section and thereby also determine the size of the amplitude of the vacuum wave in the intake duct, which has a strong influence on the resonance in the upstream resonance chambers. At full load of the internal combustion engine or high speeds, the partition of the intake duct can be moved into a position in which, with the formation of a flow path with a maximum cross section, are released, that is to say maximum filling and maximum torque are achieved. By throttling the intake mixture in an inlet duct in a multi-valve engine, the charge movement or the swirl level can be controlled so that the disadvantages of the swirl flow mentioned at the beginning are avoided.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ansaugsystems gerichtet.The subclaims are directed to advantageous developments and embodiments of the intake system according to the invention.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is explained below with reference to schematic drawings, for example and with further details.
Es stellen dar:They represent:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßen Ansaugsystem,1 is a schematic plan view of an intake system according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II durch einen Ansaugkanal der Fig. 1 ,2 shows a cross section along the line II-II through an intake duct of FIG. 1,
Fig. 3 ein der Fig. 2 ähnliche Ansicht mit maximalen Querschnitt des Ansaugkanals,3 is a view similar to FIG. 2 with the maximum cross section of the intake duct,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines pneumatisch arbeitenden Systems zur Ver¬ stellung des Ansaugkanalquerschnitts,4 shows a schematic view of a pneumatically operating system for adjusting the intake duct cross section,
Fig. 5 ein Blockschaltbild des gesamten erfindungsgemäßen Ansaugsystems,5 is a block diagram of the entire intake system according to the invention,
Fig. 6 eine Aufsicht auf ein gegenüber Fig. 1 abgeändertes Ansaugsystem,6 is a plan view of an intake system modified compared to FIG. 1,
Fig. 7 eine Aufsicht auf ein weiteres, gegenüber Fig. 1 abgeändertes Ansaugsystem,7 is a plan view of a further intake system, modified compared to FIG. 1,
Fig. 8 ein gegenüber Fig. 1 abgeändertes Ansaugsystem an einemFig. 8 is a modified compared to Fig. 1 intake system on a
Vierzylindermotor,Four-cylinder engine,
Fig. 9 eine Schnittansicht der Ebene DC-IX in Fig. 8,
Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht gem. Fig. 8 mit zwei verschiedenen Funktionszuständen,9 is a sectional view of the plane DC-IX in Fig. 8, Fig. 10 is an enlarged sectional view. 8 with two different functional states,
Fig. 11 eine Seitenansicht und Aufsicht auf ein ortsfestes, die Ansaugkanäle begrenzendes Bauteil,11 is a side view and top view of a stationary component delimiting the intake ducts,
Fig. 12 eine Seitenansicht und Aufsicht auf ein bewegliches, die Ansaugkanäle begrenzendes Bauteil,12 is a side view and top view of a movable component delimiting the intake ducts,
Fig. 13 Ansichten des ortsfesten und des beweglichen Bauteils gem. Fig. 11 und 12, gesehen senkrecht zur Achse der Ansaugkanäle,Fig. 13 views of the fixed and the movable component acc. 11 and 12, seen perpendicular to the axis of the intake channels,
Fig. 14 den Systemaufbau einer elektronischen Ansaugquerschnittsteuerung,14 shows the system structure of an electronic intake cross section control,
Fig. 15 eine Ansicht des Ansaugsystems mit Antriebseinheit, gesehen in Richtung der Ansaugkanäle,15 is a view of the intake system with the drive unit, viewed in the direction of the intake ducts,
Fig. 16 eine Ansicht der Anordnung gem. Fig. 15, gesehern senkrecht zu den Ansaugkanälen und16 is a view of the arrangement according to FIG. Fig. 15, seen perpendicular to the intake channels and
Fig. 17 eine Aufsicht auf eine gegenüber Fig. 10 abgeänderte Kanalführung.Fig. 17 is a plan view of a modified channel guide compared to FIG. 10.
Gemäß Fig. 1 weist eine im dargestellten Beispiel mit Hubkolben arbeitenden Brenn¬ kraftmaschine sechs Zylinder 4 auf, die je zwei Auslaßventile 6 und zwei Einlaßventile 8 und 9 haben. Innerhalb des Zylinderkopfes verläuft zu jedem Einlaßventil 8 bzw. 9 ein Einlaßkanal 10 bzw. 11.1, an internal combustion engine working with reciprocating pistons in the example shown has six cylinders 4, each having two exhaust valves 6 and two intake valves 8 and 9. An inlet duct 10 or 11 runs inside the cylinder head to each intake valve 8 or 9.
Die beiden, jedem Zylinder 4 zugeordneten Einlaßkanäle 10 und 11 münden in jeweils einen Ansaugkanal 13, der sie mit einer an sich bekannten Resonanzkammer 15 einer Ansaugeinrichtung 17 verbindet.The two inlet channels 10 and 11 assigned to each cylinder 4 each open into an intake channel 13, which connects them to a resonance chamber 15 of an intake device 17 which is known per se.
In jedem der Ansaugkanäle 13 ist längs dessen Länge eine in Fig. 1 gestrichelt einge¬ zeichnete bewegliche Trennwand 17 vorgesehen, die in Richtung des Doppelpfeils 19 derart beweglich ist, daß der dem Einlaßventil 9 zugeordnete Einlaßkanal 11 wahlweise
verschlossen oder offen ist. Dazu weist die Trennwand 17 an ihrem dem Einlaßkanal 11 zugehörenden Ende und bevorzugt auch an ihrem der Resonanzkammer 15 zugeordneten Ende eine Schließfläche auf, die die entsprechenden Öffnungsquerschnitte verschließt oder freigibt. Wenn sich die Trennwand 17 in der in Fig. 1 gestrichelt angezeigten Stellung befindet, ist nur der Einlaßkanal 10 freigegeben und hat der Ansaugkanal 13 einen etwa der Hälfte seines Maximalwerts entsprechenden Querschnitt. Wenn die Trennwand 17 gemäß Fig. 1 ganz nach rechts bewegt ist, hat der Ansaugkanal 13 maximalen Querschnitt und gibt den Einlaßkanal 11 vollständig frei.Provided in each of the intake ducts 13 along the length thereof is a movable dividing wall 17, shown in dashed lines in FIG. 1, which is movable in the direction of the double arrow 19 such that the intake duct 11 assigned to the intake valve 9 is optional is closed or open. For this purpose, the partition 17 has at its end belonging to the inlet channel 11 and preferably also at its end assigned to the resonance chamber 15 a closing surface which closes or releases the corresponding opening cross sections. When the partition 17 is in the position shown in dashed lines in FIG. 1, only the inlet duct 10 is released and the intake duct 13 has a cross section corresponding to approximately half of its maximum value. If the partition 17 is moved to the right as shown in FIG. 1, the intake duct 13 has a maximum cross section and completely clears the inlet duct 11.
In der Resonanzkammer 15 ist eine Klappe 19 vorgesehen, mittels der die Resonanzkam¬ mer 15 in zwei einzelne Kammern 21 und 23 unterteilbar ist. Von jeder der Kammern 21 und 23 fuhrt ein Saugrohr 25 und 27 zu einem Drosselklappenteil, in welchem eine Drosselklappe 29 zur Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine angeordnet ist.A flap 19 is provided in the resonance chamber 15, by means of which the resonance chamber 15 can be divided into two individual chambers 21 and 23. From each of the chambers 21 and 23, a suction pipe 25 and 27 leads to a throttle valve part, in which a throttle valve 29 is arranged for controlling the power of the internal combustion engine.
Fig. 2 zeigt den Aufbau des Ansaugkanals 13 genauer. Der Ansaugkanal 13 umfaßt ein im Querschnitt beispielhaft insgesamt U-förmig ausgebildetes starres Bauteil 31, dessen Schenkel 33 und 35 einen im Querschnitt ebenfalls U-förmigen Schieber 37 aufnehmen, dessen Basis die bewegliche Trennwand 17 bildet.Fig. 2 shows the structure of the intake duct 13 in more detail. The intake duct 13 comprises a rigid component 31, which is exemplary U-shaped in cross section, the legs 33 and 35 of which also receive a slide 37, which is also U-shaped in cross section, the base of which forms the movable partition 17.
Der Schieber 37 ist an den freien Enden seiner Schenkel mit auswärts gerichteten Flanschen 39 und 41 versehen, die zusammen mit entsprechend ausgebildeten Teilen eines Gehäuses 47, das starr mit dem Bauteil 31 verbunden ist, Kolben-Zylindereinheiten 49 bis 51 bilden, deren Innenräume durch Verschieben des Schiebers 37 relativ zum Bauteil 31 bzw. Gehäuse 47 im Volumen verändert. Es versteht sich, daß sich zwischen den Flanschen 39 und 41 bzw. dem Schieber 37 und den starren Bauteilen geeignete Dichtungen vorgesehen sind.The slide 37 is provided at the free ends of its legs with outward flanges 39 and 41, which together with correspondingly designed parts of a housing 47, which is rigidly connected to the component 31, form piston-cylinder units 49 to 51, the interior of which by displacement of the slide 37 changed relative to the component 31 or housing 47 in volume. It is understood that suitable seals are provided between the flanges 39 and 41 or the slide 37 and the rigid components.
Längs der Länge der Flansche 39 bzw. 41 sind jeweils ein oder mehrere Hülsen 43 bzw. 45 vorgesehen, die der Halterung von Schraubendruckfedern 53 dienen, die den Schieber 37 gemäß Fig. 2 nach rechts drängen.One or more sleeves 43 and 45 are provided along the length of the flanges 39 and 41, respectively, which serve to hold helical compression springs 53 which urge the slide 37 according to FIG. 2 to the right.
Zur besseren Führung des Schiebers 37 weist das Gehäuse 47 einen vorstehenden Führungsansatz 57 auf, der in den Schieber 37 hinein vorsteht.
In der gemäß Fig. 2 dargestellten Stellung des Schiebers 37 hat der Ansaugkanal 13 minimalen Querschnitt Qi , wohingegen in der Stellung gemäß Fig. 3 der Querschnitt Q2 des Ansaugkanals 13 maximal ist. Die Verstellung des Schiebers 37 geschieht durch Beaufschlagung des Innenraums der Kolben-Zylindereinheiten 49 bzw. 51 über die Unter- druckleitungen 55 mit mehr oder weniger starkem Unterdruck. Ist kein Unterdruck vorhanden, so ist der Schieber 37 von den Schraubenfedern 53 in die Stellung gemäß Fig. 3 bewegt. Bei maximalem Unterdruck wird die Kraft der Schraubenfedern 53 überwunden und der Schieber 37 ist in seine Stellung gemäß Fig. 2 bewegt.For better guidance of the slide 37, the housing 47 has a projecting guide projection 57 which projects into the slide 37. In the position of the slide 37 shown in FIG. 2, the intake duct 13 has a minimum cross section Qi, whereas in the position shown in FIG. 3 the cross section Q2 of the intake duct 13 is maximum. The slide 37 is adjusted by applying more or less negative pressure to the interior of the piston-cylinder units 49 and 51 via the vacuum lines 55. If there is no negative pressure, the slide 37 is moved by the coil springs 53 into the position according to FIG. 3. At maximum negative pressure, the force of the coil springs 53 is overcome and the slide 37 is moved into its position according to FIG. 2.
Zum Druckausgleich ist das Gehäuse 47 mit Entlüftungslöchern 59 versehen.To compensate for pressure, the housing 47 is provided with ventilation holes 59.
Es versteht sich, daß der Schieber 37 an seinen Stirnseiten (gemäß Fig. 1) oben und unten mit Schließflächen versehen ist, die die jeweiligen Querschnitte des Einlaßkanals 11 bzw. der Anschlußöffnungen der Resonanzkammer 15 verschließen.It goes without saying that the slide 37 is provided on its end faces (according to FIG. 1) at the top and bottom with closing surfaces which close the respective cross sections of the inlet channel 11 or the connection openings of the resonance chamber 15.
Fig. 4 zeigt die Einrichtung zur Steuerung der Unterdruckleitungen 55:4 shows the device for controlling the vacuum lines 55:
Ein Unterdruckspeicher 59 ist über ein Rückschlagventil 60 mit der Resonanzkammer 15 verbunden, die, stromab der Drosselklappe 29 angeordnet, bei Teillast unter Unterdruck steht. Über ein von einem elektronischen Steuergerät 61 gesteuertes elektromagnetisches 3/2-Wegeventil 63 ist der Unterdruckspeicher 59 mit einer Verteilerkammer 64 verbunden, von der die Unterdruckleitungen 55 ausgehen. Für den Fall, daß im Unterdruckspeicher 59 nicht ausreichender Unterdruck zur Verfügung steht, ist eine Vakuumpumpe 66 vorgesehen, die von einem Druckmanometer 68 aus eingeschaltet wird.A vacuum accumulator 59 is connected via a check valve 60 to the resonance chamber 15, which, arranged downstream of the throttle valve 29, is under partial pressure under partial load. The vacuum accumulator 59 is connected to a distribution chamber 64 from which the vacuum lines 55 originate via an electromagnetic 3/2-way valve 63 controlled by an electronic control unit 61. In the event that insufficient vacuum is not available in the vacuum reservoir 59, a vacuum pump 66 is provided which is switched on by a pressure manometer 68.
Der Aufbau des Steuergerätes 61 ergibt sich aus der schematischen Darstellung gemäß Fig. 5. Das Steuergerät 61 enthält einen Mikroprozessor 70 und ein Eingabemodul 72 für den Mikroprozessor 70. Als Eingabegrößen dienen vorzugsweise die Motordrehzahl 80, die Stellung 81 der Drosselklappe 29, die Lufttemperatur 82, die Betriebstemperatur 83 der Brennkraftmaschine, beispielsweise die Wasser- oder die Öltemperatur, das Ausgangssignal eines Klopfsensors 84 sowie die Stellung 85 der beweglichen Trennwand 17 sowie gegebenenfalls weiteren Betriebsparametern. Der Mikroprozessor 70 rechnet aus diesen Eingabegrößen die optimale Stellung der Trennwand 17 aus, die beispielsweise vorher durch empirische Versuche nach Art eines Kennfeldes in den Mikroprozessor
eingegeben wurde. Ein weiterer Ausgang des Steuergerätes 61 steuert die Stellung der beweglichen Klappe 19 innerhalb der Resonanzkammer 15.The structure of the control unit 61 results from the schematic illustration according to FIG. 5. The control unit 61 contains a microprocessor 70 and an input module 72 for the microprocessor 70. The engine speed 80, the position 81 of the throttle valve 29, the air temperature 82 are preferably used as input variables , the operating temperature 83 of the internal combustion engine, for example the water or oil temperature, the output signal of a knock sensor 84 and the position 85 of the movable partition 17 and, if appropriate, further operating parameters. From these input variables, the microprocessor 70 calculates the optimal position of the partition 17, which, for example, had previously been carried out in the microprocessor by empirical tests in the manner of a map was entered. Another output of the control device 61 controls the position of the movable flap 19 within the resonance chamber 15.
Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:The function of the arrangement described is as follows:
In einem unteren Drehzahlbereich bzw. bei unterer Teillast (weitgehend geschlossene Drosselklappe 29) wird die Verteilerkammer 64 vom Steuergerät 61 über das 3/2-Wege- Ventil 63 angesteuert, mit maximalem Unterdruck beaufschlagt, so daß sich die Trennwand 17 in der Stellung gemäß Fig. 2 befindet, d.h. der Querschnitt der Ansaugkanäle 13 minimal ist. Zusätzlich ist die Klappe 19 geschlossen. Durch die Verminderung des Ansaugquerschnitts im unteren Drehzahlbereich erhöht sich die dort herrschende Strömungsgeschwindigkeit, wodurch in den Zylindern eine intensive Ladungsbewegung herrscht, die gute Voraussetzungen für eine thermodynamische Verbrennung bietet. Die im Brennraum entstehende Drallströmung ermöglicht zusätzlich gute Magerlauffahigkeit und hohe Abgasrückfuhrraten. Im unteren bis mittleren Drehzahlbereich bleibt die Stellung der Klappe 19 weitgehend erhalten, auch wenn die Drosselklappe 29 teilweise geöffnet wird, was zu einer Resonanz in den Kammern 15 führt und den Liefergrad bzw. das Drehmoment der Brennkraftmaschine anhebt.In a lower speed range or with a lower partial load (largely closed throttle valve 29), the distribution chamber 64 is actuated by the control unit 61 via the 3/2-way valve 63, subjected to maximum negative pressure, so that the partition 17 in the position according to FIG 2 is located, ie the cross section of the intake ducts 13 is minimal. In addition, the flap 19 is closed. By reducing the intake cross-section in the lower speed range, the prevailing flow speed increases, resulting in an intensive charge movement in the cylinders, which offers good conditions for thermodynamic combustion. The swirl flow generated in the combustion chamber also enables good lean running and high exhaust gas recirculation rates. In the lower to medium speed range, the position of the flap 19 is largely retained, even if the throttle valve 29 is partially opened, which leads to a resonance in the chambers 15 and increases the degree of delivery or the torque of the internal combustion engine.
Mit zunehmender Öffnung der Drosselklappe und zunehmender Drehzahl der Brenn¬ kraftmaschine bewegt sich die Trennwand 17 bei abnehmenden Unterdruck unter dem Einfluß der Kraft der Schraubenfedern 53 in die Stellung gemäß Fig. 3. Es werden maximale Strömungsquersclinitte unter Nutzung aller Einlaßventile, d.h. optimale Füllung und Drehmomente erreicht.With increasing opening of the throttle valve and increasing speed of the internal combustion engine, the partition 17 moves with decreasing negative pressure under the influence of the force of the coil springs 53 into the position according to FIG. 3. Maximum flow cross-sections are achieved using all inlet valves, i.e. optimal filling and torques achieved.
Während also im Vollastbereich bei hohen Drehzahlen alle Einlaßventile voll wirksam sind, ist im Teillastbereich nur ein Einlaßventil wirksam, was die Ladungsbewegung im Brennraum ermöglicht.Thus, while all the intake valves are fully effective in the full-load range at high speeds, only one intake valve is effective in the partial-load range, which enables the charge movement in the combustion chamber.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der der Fig. 1 dahinge¬ hend, daß zwischen den beiden Saugrohren 25 und 27 eine weitere Klappe 87 angeordnet ist, die das Resonanzverhalten zusätzlich unterstützt.The embodiment shown in FIG. 6 differs from that of FIG. 1 in that a further flap 87 is arranged between the two suction pipes 25 and 27, which additionally supports the resonance behavior.
Im unteren Drehzahlbereich sind beide Klappen 19 und 87 geschlossen. Im mittleren
Drehzahlbereich bleibt die Klappe 19 zu und wird die Klappe 87 geöffnet. Im oberen Drehzahlbereich werden beide Klappen 19 und 87 geöffnet. Die Stellung der beweglichen Trennwand 17 wird ebenso wie die der Klappen 19 und 87 von dem Steuergerät 61 gesteuert.In the lower speed range, both flaps 19 and 87 are closed. In the middle The flap 19 remains closed in the speed range and the flap 87 is opened. In the upper speed range, both flaps 19 and 87 are opened. The position of the movable partition 17, like that of the flaps 19 and 87, is controlled by the control device 61.
Fig. 7 zeigt einen weiteren Einsatz der variablen Ansaugrohre 13 am Beispiel eines 4- Zylinder-Reihenmotors. Um das Schwingungsverhalten bzw. Resonanzverhalten der Sauganlage noch besser an die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine anzupassen, werden einzelne Volumina V2 und V3 nach Art eines Helmholtzresonators dem Volumen der Resonanzkammer 15 mittels Klappen 88 und 89 zugeschaltet. Die Steuerung der Klappen 88 und 89 erfolgt über die Steuereinheit 61. Bei niedrigen Drehzahlen bleiben die Klappen 88 und 89 geöffnet und mit steigender Drehzahl wird Klappe 89 und dann 88 geschlossen.Fig. 7 shows a further use of the variable intake pipes 13 using the example of a 4-cylinder in-line engine. In order to better adapt the vibration behavior or resonance behavior of the intake system to the operating parameters of the internal combustion engine, individual volumes V2 and V3 are connected to the volume of the resonance chamber 15 by means of flaps 88 and 89 in the manner of a Helmholtz resonator. The flaps 88 and 89 are controlled via the control unit 61. At low speeds, the flaps 88 and 89 remain open and, with increasing speed, flap 89 and then 88 are closed.
Es versteht sich, daß zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung möglich sind:It goes without saying that numerous modifications of the described embodiment of the invention are possible:
Beispielsweise kann die Verschiebung des Schiebers 37 elektromotorisch, hydraulisch oder durch andere Antriebsvorrichtungen gesteuert werden.For example, the displacement of the slide 37 can be controlled by an electric motor, hydraulically or by other drive devices.
Der Querschnitt des Ansaugkanals kann auch durch eine in ihm bewegliche Wand verändert werden, die in sich nachgiebig ist und beispielsweise betriebspunktabhängig mit Fluid gefüllt wird, wobei an ihr angebrachte, mit einer Schließfläche versehene Bauteile die Einlaßkanäle bzw. Auslaßöffnungen der Resonanzkammer zunehmend verschließen.The cross section of the intake duct can also be changed by a wall which is movable in it and which is flexible in itself and, for example, is filled with fluid depending on the operating point, components attached to it and provided with a closing surface increasingly closing the inlet ducts or outlet openings of the resonance chamber.
Fig. 8 zeigt eine der Fig. 7 insgesamt ähnliche Ausführungsform, wobei in der Fig. für korrespondierende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind wie in den vorhergehenden Figuren. Unterschied zur Ausführungsform gem. Fig. 7 liegen darin, daß die Klappe 89 fehlt und nur ein Volumen in Art eines Helmholtz-Resonators dem Volumen der Resonanzkammer 15 zugeschaltet wird und daß die Einlaßkanäle 10,11 nicht bis zur Stirnfläche des Zylinderkopfes 90 getrennt geführt sind, sodaß die bewegliche Trennwand 17 in den Zylinderkopf 90 einragt.FIG. 8 shows an embodiment similar to that of FIG. 7, the same reference numerals being used in the figure for corresponding parts as in the previous figures. Difference to the embodiment acc. Fig. 7 are that the flap 89 is missing and only a volume in the manner of a Helmholtz resonator is switched to the volume of the resonance chamber 15 and that the inlet channels 10, 11 are not guided separately up to the end face of the cylinder head 90, so that the movable partition wall 17 protrudes into the cylinder head 90.
Entsprechend ist die Konstruktion der beweglichen Trennwand 17 modifiziert, wie im folgenden erläutert werden wird.
Fig. 9 zeigt einen Schnitt in der Ebene IX - IX der Fig. 8, wobei in Fig. 9 oben der Ansaugkanal 13 mit maximalem Querschnitt und unten mit minimalem Querschnitt dargestellt ist. Erreicht wird dies durch Verschieben der beweglichen Trennwand 17, deren Konstruktion aus der Fig. 10 bis 13 ersichtlich ist.The construction of the movable partition 17 is modified accordingly, as will be explained below. FIG. 9 shows a section in the plane IX-IX of FIG. 8, the intake duct 13 having the maximum cross section being shown in FIG. 9 and the minimum cross section being shown below. This is achieved by moving the movable partition 17, the construction of which can be seen in FIGS. 10 to 13.
Insgesamt sind alle Ansaugkanäle 13 sowie deren Querschnittveränderbarkeit durch zwei, relativ zueinander verschiebbare Bauteile 100 und 102 gebildet, wobei das Bauteil 100 motorfest mit dem Zylinderkopf starr verbunden ist und an ihm wiederum die Resonanzkammer 15 befestigt ist. Das Bauteil 102 ist am Bauteil 100 verschiebbar geführt und mit den beweglichen Trennwänden 17 ausgebildet.Overall, all the intake ducts 13 and their cross-section variability are formed by two components 100 and 102 which can be displaced relative to one another, the component 100 being rigidly connected to the cylinder head in a manner fixed to the engine and in turn the resonance chamber 15 being fastened to it. The component 102 is displaceably guided on the component 100 and is formed with the movable partition walls 17.
Das ortsfeste Bauteil 100 ist mit Kanälen 104 (Fig. 9 u. 11) ausgebildet, deren Querschnitte gegenüber den maximalen Querschnitten der Ansaugkanäle 13 mit Übermaß ausgebildet, sodaß sie zusätzlich die am Bauteil 102 ausgebildeten beweglichen Trennwände 17 aufnehmen. Dabei ist das ortsfeste Bauteil 100 zwischen dem Zylinderkopf 90 und einer Trenn- bzw. Führungsebene 106 als massiver Block ausgebildet, von dem zur Resonanzkammer bzw. zum Saugrohr hin Stege 108 vorstehen, die einen Teil der Innenwand der Ansaugkanäle 13 bilden und deren freie Enden zur Befestigung der Wand 110 der Resonanzkammer dienen.The stationary component 100 is formed with channels 104 (FIGS. 9 and 11), the cross sections of which are formed with an oversize compared to the maximum cross sections of the suction channels 13, so that they additionally accommodate the movable partition walls 17 formed on the component 102. In this case, the stationary component 100 between the cylinder head 90 and a separating or guide plane 106 is designed as a solid block, from which webs 108 project towards the resonance chamber or the intake manifold, which form part of the inner wall of the intake ducts 13 and their free ends Attach the wall 110 of the resonance chamber.
Das bewegliche Bauteil 102 ist insgesamt komplementär zum ortsfesten Bauteil 100 ausgebildet, d.h. ist zwischen der Ebene 106 und der Wand 110 insgesamt blockartig mit Durchgangskanälen 111 gebildet, die einen Teil der Innenwand der Ansaugkanäle 13 bilden und die Stege 108 in sich aufnehmen. Von dem blockartigen Bereich des Bauteils 102 stehen lange Stege 112 und kurze Stege 114 vor, an deren Enden jeweils parallel zurMovable component 102 is generally complementary to stationary component 100, i.e. is formed overall between the plane 106 and the wall 110 in a block-like manner with through channels 111 which form part of the inner wall of the intake channels 13 and accommodate the webs 108. Long webs 112 and short webs 114 protrude from the block-like region of component 102, at the ends of which are each parallel to
Trennebene 106 verlaufende Flansche 116 und 118 ausgebildet sind. Die Flansche 116 greifen in entsprechende Ausnehmungen im Zylinderkopf 90 ein. Die Flansche 118 hintergreifen die Wand 110 der Resonanzkammer. Somit bilden die Flansche 116 und 118, die primär als Verschlußflächen zur Resonanzkammer und zum Einlaßkanal dienen, eine zusätzlichen Führung des Bauteils 102.Parting plane 106 extending flanges 116 and 118 are formed. The flanges 116 engage in corresponding recesses in the cylinder head 90. The flanges 118 engage behind the wall 110 of the resonance chamber. Thus, the flanges 116 and 118, which serve primarily as sealing surfaces for the resonance chamber and the inlet channel, form an additional guide for the component 102.
Die Grundführung des Bauteils 102 am Bauteil 100 geschieht mittels an beiden an der Trenn- und Führungsebene 106 ausgebildeten Schwalbenschwanzführungen 122 (Fig. 11 u. 13) und 124 (Fig. 12 und 13) und einer Leiste 125.
Der Zusammenbau der beschriebenen Anordnung geschieht derart, daß das Bauteil 100 am Zylinderkopf 90 befestigt wird. Anschließend wird das Bauteil 100 mit den Stegen 112 in die Kanäle 104 des Bauteils 100 eingeschoben, bis die Flansche 116 in die Aussparungen 120 des Zylinderkopfes einragen. Danach wird die Leiste 125 in die Führungen 122 und 124 eingeschoben, sodaß insgesamt die Schwalbenschwanzführung gegeben ist. Die Leiste 125 ist vorzugsweise mit Madenschrauben am Bauteil 122 gegen Verschieben gesichert. Anschließend wird die Resonanzkammer mit den Stegen des Bauteils 100 verbunden.The basic guidance of the component 102 on the component 100 takes place by means of dovetail guides 122 (FIGS. 11 and 13) and 124 (FIGS. 12 and 13) formed on the parting and guide plane 106 and a strip 125. The assembly of the arrangement described is such that the component 100 is attached to the cylinder head 90. Subsequently, the component 100 with the webs 112 is inserted into the channels 104 of the component 100 until the flanges 116 protrude into the recesses 120 in the cylinder head. Thereafter, the strip 125 is inserted into the guides 122 and 124, so that the dovetail guide is provided overall. The strip 125 is preferably secured with set screws on the component 122 against displacement. The resonance chamber is then connected to the webs of component 100.
Fig. 10, links, zeigt das seitlich voll in das Bauteil 100 eingeschobene Bauteil 102, wobei der Ansaugkanal 13 maximalen Querschnitt hat. Fig. 10, rechts, zeigt das aus dem Bauteil 100 seitlich herausgeschobene Bauteil 102 in einer Stellung, in der der Einlaßkanal 11 zum Einlaßventil 9 verschlossen ist.10, on the left, shows the component 102 fully inserted laterally into the component 100, the intake duct 13 having a maximum cross section. 10, right, shows the component 102 pushed out laterally from the component 100 in a position in which the inlet channel 11 is closed to the inlet valve 9.
Es versteht sich, daß sich beim Verschieben des Bauteils 102 verändernde Hohlräume mit nicht dargestellten Entlüftungsbohrungen versehen sind. Die sich verschiebenden Flächen zwischen den Bauteilen 100 und 102 sind gegeneinander abgedichtet, sodaß der Ansaugkanal 13 in jedem Betriebszustand zuverlässig dicht ist.It goes without saying that, when the component 102 is displaced, changing cavities are provided with ventilation bores, not shown. The shifting surfaces between the components 100 and 102 are sealed against one another, so that the intake duct 13 is reliably sealed in every operating state.
Fig. 14 zeigt schematisch den Systemaufbau der elektronischen Steuerung mit Sensoren 126, die im einzelnen eingetragene Betriebszustaände der Brennkraftmaschine erfassen und an ein Steuergerät 128 senden, das die sensierten Werte auswertet und unter Steuerung mittels eines Mikroprozessors in Stellwerte umwandelt, entsprechend denen eine Betätigungseinheit 130 zum Verschieben des beweglichen Bauteils 102 sowie eine weitere Betätigungseinheit 132 für die Klappe 88 sowie ggfs. weitere Klappen angesteuert werden.14 schematically shows the system structure of the electronic control with sensors 126, which record the individually entered operating states of the internal combustion engine and send them to a control unit 128, which evaluates the sensed values and converts them into control values under control by means of a microprocessor, corresponding to an actuating unit 130 for Moving the movable component 102 and a further actuating unit 132 for the flap 88 and possibly other flaps can be controlled.
Fig. 15 und Fig. 16 zeigen den grundsätzlichen Aufbau der Antriebsvorrichtung für das bewegliche Bauteil 102 unter beispielhafter Verwendung eines Elektromotors:15 and 16 show the basic structure of the drive device for the movable component 102 using an electric motor as an example:
Vom Steuergerät 128 wird eine Ansteuerelektronik 134 angesteuert, die ein Stellsignal für einen verbrennungsmotorfesten Elektromotor 136 liefert, dessen Ritzel 138 mit einer Zahnstange 140 kämmt, die starr mit dem beweglichen Bauteil 102 verbunden ist.
Die Funktion der Ausführungsform gem. Fig. 8 bis 16 entspricht der vorbeschriebenen. Die Klappe 88 bleibt bei niedriger Drehzahl geöffnet und schließt mit steigender Drehzahl, wodurch das Resonanzverhalten der Sauganlage sich an die Betriebsparameter anpaßt. Das bewegliche Bauteil 102 wird unter Steuerung mitztels des Steuergerätes 128 und darin abgelegter, ggfs. empirisch ermittelter Kennfelder, deren Eingangsgrößen die von den Sensoren 126 erfaßten Betriebsparameter sind, in die Stellung bewegt, in der der der Ansaugkanal 13 den jeweils für das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine optimalen Querschnitt hat. Dabei sind im Vollastbereich bei hohen Drehzahlen jeweils alle Einlaßventile 8 und 9 voll wirksam, wohingegen im Teillsatbereich nur eines der Einlaßventile voll wirksam ist.The control unit 128 controls an electronic control system 134, which supplies an actuating signal for an electric motor 136 fixed to the internal combustion engine, the pinion 138 of which meshes with a toothed rack 140 which is rigidly connected to the movable component 102. The function of the embodiment acc. 8 to 16 corresponds to that described above. The flap 88 remains open at a low speed and closes with increasing speed, as a result of which the resonance behavior of the suction system adapts to the operating parameters. The movable component 102 is moved under control by means of the control device 128 and stored therein, possibly empirically determined characteristic maps, the input variables of which are the operating parameters detected by the sensors 126, into the position in which the intake duct 13 each corresponds to the operating behavior of the internal combustion engine optimal cross-section. All intake valves 8 and 9 are fully effective in the full-load range at high speeds, whereas only one of the intake valves is fully effective in the partial-load range.
Fig. 17 zeigt das erfindungsgemäße Ansaugsystem am Beispiel eines Dieselmotors mit zwei unterschiedlichen Ei-nlaßkanälen, wobei der ständig voll wirksame Einlaßkanal 10 als Drallkanal ausgebildet ist und der Einlaßkanal 11 als Füllkanal ausgebildet ist, der durch Verkleinerung des Querschnitts des Ansaugkanals 13 drosselbar ist (rechte Hälfte der Figur).
17 shows the intake system according to the invention using the example of a diesel engine with two different intake ducts, the constantly fully effective intake duct 10 being designed as a swirl duct and the intake duct 11 being designed as a filler duct which can be throttled by reducing the cross section of the intake duct 13 (right-hand one Half of the figure).