DE4018612C2 - Ansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, das für jeden Zylinder zwei Saugrohre aufweist, die sich vor der Einlaßöffnung des Zylinders vereinigen und von denen das erste Saugrohr in allen Betriebszuständen eingeschaltet ist und das zweite Saugrohr in Abhängigkeit von Betriebsparametern durch ein gemeinsames Schaltelement zugeschaltet wird, wobei die ersten Saugrohre von einem gemeinsamen Ansaug­ verteiler ausgehen.

Ein derartiges Ansaugsystem ist beispielsweise durch die DE-A 37 11 859 bekannt geworden. Bei diesem bekannten System ist das erste Saugrohr zur Erzeugung einer drall­ behafteten Einströmung ausgebildet, um eine günstige La­ dungsbewegung im unteren Teillastbereich zu erzielen, während durch die Zuschaltung des zweiten Saugrohres im Vollastbereich eine gute Füllung und eine hohe Leistung erzielt wird, da der Gesamtquerschnitt des nun wirksamen Ansaugsystems vergrößert wird. Die Eigenfrequenz der Gas­ schwingung im Ansaugsystem wird durch die Zuschaltung des zweiten Saugrohres nicht beeinflußt.

Aus der DE 35 29 388 C2 ist ein Ansaugsystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Bei diesem Ansaugsystem weist das erste Saugrohr einen klei­ nen Querschnitt und eine große Länge aus. Das zweite Saugrohr weist dem gegenüber eine kleine Länge und einen großen Querschnitt auf. Dieses Verhältnis der Querschnit­ te und die sprunghafte Querschnittsvergrößerung hat, wenn überhaupt, lediglich geringe Auswirkungen auf das Strö­ mungsverhalten. Innerhalb des zweiten Saugrohres sind je­ weils getrennt Klappen als einzelne Schaltmittel ausge­ bildet, was in strömungstechnische und baulicher Hin­ sicht nachteilig ist.

Aus der JP 63-57820 (A) ist ein Ansaugsystem mit ersten und zweiten Saugrohren bekannt, bei dem die zweiten Saug­ rohre von einer gemeinsamen Kammer ausgehen, die von dem ersten Ansaugverteiler abgeschlossen ist. Hierdurch wer­ den die Gasschwingungen verstärkt, ohne dass über den ge­ samten Drehzahlbereich eine maximale Zylinderfüllung er­ reicht werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ansaugsystem der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem eine maximale Zylinderfüllung im gesamten Drehzahlbereich erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag sind insbesondere im unteren bis mittleren Drehzahlbereich nur die ersten Saugrohre wirksam, die durch entsprechende Wahl ihres Querschnitts und ihrer Länge so ausgelegt sind, daß eine maximale Zylinder­ füllung in diesem Drehzahlbereich erfolgt. Durch Zuschalten der kürzeren und dünneren zweiten Saugrohre wird die Eigen­ frequenz der Gasschwingungen im Ansaugsystem erhöht und da­ durch eine Schwingrohraufladung im oberen Drehzahlbereich, bei Teillast gegebenfalls schon ab dem mittleren Drehzahlbereich, und gleichzeitig durch den zusätzlichen Querschnitt der zweiten Saugrohre eine Entdrosselung und damit eine vergrös­ serte Füllung erreicht.

Es ist bekannt, eine Schwingrohraufladung über den ganzen Drehzahlbereich durch Veränderung der Saugrohrlänge und damit sich ergebender Veränderung der Eigenfrequenz der Gasschwin­ gungen im Saugrohr zu erreichen. Ein derartiges Ansaugsystem ist beispielsweise in der DE-A 34 46 377 beschrieben. Da jedoch hierbei das Saugrohr zur Erzielung einer ausreichenden Füllung im oberen Drehzahlbereich einen großen Querschnitt haben muß, muß das Saugrohr zur Erzielung der für den unteren Drehzahlbe­ reich erforderlichen niedrigen Eigenfrequenz eine verhältnis­ mäßig große Länge aufweisen. Dies bereitet bei der Unterbrin­ gung eines derartigen Ansaugsystems im Motorraum eines Kraft­ fahrzeuges erhebliche Probleme. Bei dem erfindungsgemäßen Vor­ schlag kann die effektive Saugrohrlänge erheblich kürzer sein, da das erste Saugrohr sowohl hinsichtlich seiner Länge als auch hinsichtlich seines Querschnittes auf die Verhältnisse im unteren bis mittleren Drehzahlbereich ausgelegt wird. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, daß in diesem Drehzahlbereich das Gasvolumen des abgesperrten zweiten Saugrohres, das ja mit dem ersten Saugrohr in Verbindung steht, eine Volumenvergröße­ rung des ersten Saugrohres und damit eine Füllungssteigerung bewirkt, während das mit dem Ansaugverteiler in Verbindung stehende Zwischenvolumen eine Volumenvergrößerung des Ansaug­ verteilers und damit eine stärkere Dämpfung und somit eine Glättung des Füllungsverlaufs mit sich bringt.

Es besteht die Möglichkeit, für jedes zweite Saugrohr ein eigenes Zwischenvolumen vorzusehen. Aus baulichen Gründen ist es jedoch zweckmäßig, für alle zweiten Saugrohre ein gemeinsames Zwischenvolumen vorzusehen, das von einem Ansaug­ verteiler gebildet ist, der einerseits mit dem Haupt-Ansaug­ verteiler in Verbindung steht und von dem andererseits die zweiten Saugrohre ausgehen. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, daß die Schaltelemente für alle zweiten Saugrohre von einem in diesem zweiten Ansaugverteiler angeordneten Walzendrehschieber gebildet werden, der zwischen einer ersten, die Mündungen der zweiten Saugrohre absperrenden und einer zweiten, diese Mün­ dungen freigebende Stellung drehbar ist. Diese Anordnung ist einfacher als die Anordnung einer eigenen Absperrklappe in jedem zweiten Saugrohr.

Die Zuschaltung der zweiten Saugrohre erfolgt vorzugsweise über einen Stellmotor, der seine Steuerimpulse von einem Steuergerät erhält, das ein Kennfeld enthält, in welchem die Umschaltpunkte drehzahl- und lastabhängig abgelegt sind. Vorzugweise wird als weitere Einflußgröße die Änderungsge­ schwindigkeit des Drosselklappenwinkels herangezogen, um beim schnellen Durchtreten des Gaspedals unabhängig von den im Kennfeld abgelegten Umschaltpunkten die für maximalen Mittel­ druck in der Vollast erforderliche Schaltstellung zu erhalten.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Querschnitt der zweiten Saugrohre etwa 50-70% des Querschnittes der ersten Saugrohre beträgt und die zweiten Saugrohre etwa halb so lang sind wie die ersten Saugrohre.

Das Volumen des zweiten Ansaugverteilers sollte etwa dem Hub­ volumen aller Zylinder entsprechen, um strömungsgünstige Ver­ hältnisse insbesondere bei großen Luftdurchsätzen zu gewähr­ leisten.

Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ansaugsystems einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1

Fig. 3 ein Diagramm, aus dem der Mitteldruckverlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl bei zu- und abge­ schaltetem zweitem Saugrohr hervorgeht, und

Fig. 4 eine Abwandlung des in Fig. 1 und 2 dargestellten Ansaugsystems.

Es sei zunächst auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein Ansaugsystem für eine 4-Zyl.-Brennkraftmaschine darge­ stellt ist, das einen Ansaugverteiler 1 aufweist, in den eine Ansaugleitung 2 mit einer willkürlich betätigbaren Drossel­ klappe 3 mündet. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine sind ein erstes Saugrohr 4 und ein zweites Saugrohr 5 vorge­ sehen, die sich vor der Einlaßöffnung 6 im Einlaßkanal 7 ver­ einigen. Das erste Saugrohr 4 geht von dem Ansaugverteiler 1 aus, während das zweite Saugrohr 5 von einem zweiten Ansaug­ verteiler 8 ausgeht, der ein Zwischenvolumen darstellt und allen zweiten Saugrohren 5 gemeinsam ist. Der zweite Ansaug­ verteiler 8 ist durch ein Rohr 9 mit dem ersten Ansaugver­ teiler 1 in Verbindung und enthält einen Drehschieber 10, der für jedes zweite Ansaugrohr 5 eine Steueröfffnung 11 aufweist und eine Öffnung 12 besitzt, die in jeder Stellung des Dreh­ schiebers 10 eine freie Verbindung des zweiten Ansaugver­ teilers 8 mit dem ersten Ansaugverteiler 1 bewirkt. Der Quer­ schnitt und die Länge der ersten Saugrohre 4 sind für maximale Zylinderfüllung im unteren und mittleren Drehzahlbereich aus­ gelegt. Der Querschnitt der zweiten Saugrohre 5 richtet sich nach der maximal angestrebten Motorleistung und liegt bei etwa 50-70% des Querschnittes der ersten Saugrohre 4. Die Länge der zweiten Saugrohre 5 bestimmt den Drehzahlbereich, in dem die maximale Motorleistung erzielt werden soll und beträgt in der Praxis etwa 50% der Länge der ersten Saugrohre 4.

In Fig. 1 und 2 ist der Drehschieber 10 in der Stellung I dargestellt, in welcher seine Öffnungen 11 mit den Mündungen der zweiten Saugrohre 5 übereinstimmen. Dabei kommt es an der Vereinigungsstelle 13 der beiden Gasströme zur einer Über­ lagerung der Eigenfrequenzen der Gasschwingungen in den beiden Saugrohren 4 und 5, was zu einer Erhöhung der Eigenfrequenz im Bereich des Einlaßkanals 7, verglichen mit den Verhältnissen bei dem Absperren der zweiten Saugrohre 5, führt. Durch die Zunahme des Gesamtansaugquerschnittes durch Öffnen der zweiten Saugrohre 5 kann in Verbindung mit der Erhöhung der Eigenfre­ quenz eine deutliche Füllungssteigerung im oberen Drehzahlbe­ reich erzielt werden.

Im unteren bis mittleren Drehzahlbereich ist der Drehschieber 10 in seiner zweiten Stellung II, in welcher die Mündungen der zweiten Saugrohre 5 vom Drehschieber 10 abgedeckt sind. In dieser Stellung erfolgt somit die Luftzufuhr nur durch die ersten Saugrohre 4. In dieser Stellung des Drehschiebers 10 hat das System eine Eigenfrequenz, die durch die Geometrie der ersten Saugrohre bestimmt ist. Die in diesem Fall durch den Drehschieber 10 abgeschlossenen, jedoch als Volumen über die Vereinigungsstelle 13 angeschlossenen zweiten Saugrohre 5 be­ wirken eine effektive Volumenvergrößerung der ersten Saugrohre 4, die mit einer Füllungssteigerung verbunden ist. Auf der anderen Seite stellt das Volumen des zweiten Ansaugverteilers 8 und des Verbindungssrohres 9 eine Volumenvergrößerung des ersten Ansaugverteilers 1 dar, wodurch eine stärkere Dämpfung der Schwingungen und eine entsprechende Glättung des Füllungs­ verlaufes erreicht wird. Die Umschaltung des Drehschiebers 10 zwischen seiner ersten und seiner zweiten Stellung erfolgt durch einen Stellmotor 14, der im Ausführungsbeispiel durch Zahnräder 15 und 16 mit der Welle 17 des Drehschiebers 10 ver­ bunden ist und seine Steuersignale von einem Steuergerät 18 erhält, in welchem die Schaltpunkte in einem Kennfeld in Ab­ hängigkeit von der Motorlast L und der Motordrehzahl n ge­ speichert sind und das die Änderungsgeschwindigkeit des Dros­ selklappenwinkels a berechnet und unabhängig vom Kennfeld die Schaltpunkte beeinflussen kann.

Fig. 3 zeigt den Drehmoment- oder Mitteldruckverlauf über der Drehzahl, wobei die Kurve I den Verlauf zeigt, wenn die zwei­ ten Saugrohre 5 zugeschaltet sind, und die Kurve II den Ver­ lauf zeigt, wenn die zweiten Saugrohre 5 abgeschaltet sind. Es zeigt, daß durch das Zuschalten der zweiten Saugrohre 5 im oberen Drehzahlbereich ein deutlicher Drehmomentzuwachs erzielt wird.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 und 2 dadurch, daß die zweiten Saugrohre 5 nicht an einen gemeinsamen zweiten Ansaugver­ teiler angeschlossen sind, sondern einzeln über Rohre 19 größeren Querschnitts direkt mit dem Ansaugverteiler 1 ver­ bunden sind. Der Querschnitt der Rohre 19 ist mindestens etwa 30% größer als der Querschnitt der zweiten Saugrohre 5 und der Übergang von den Rohren 19 auf die Saugrohre 5 ist sprung­ haft, so daß die Länge der zweiten Saugrohre 5 effektiv von dieser Übergangsstelle bestimmt ist. Bei diesem Beispiel ist in jedem zweiten Saugrohr 5 eine eigene Absperrklappe 20 vor­ gesehen und alle Absperrklappen 20 können durch den Stellmotor 14 entweder in die Schließ- oder in die Öffnungsstellung ge­ bracht werden. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist die gleiche wie diejenige der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Saugrohreinsprit­ zung durch eine Einspritzdüse 21 bestimmt. Das erfindungsge­ mäße Ansaugsystem ist jedoch auch für eine Diesel-Brennkraft­ maschine verwendbar.

Claims (4)

1. Ansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, das für jeden Zylinder zwei Saugrohre (4, 5) aufweist, die sich vor der Einlaßöffnung des Zylinders vereinigen und von denen das erste Saugrohr (4) in allen Betriebszu­ ständen eingeschaltet ist und das zweite Saugrohr (5) in Abhängigkeit von Betriebsparametern durch ein gemeinsames Schaltelement zugeschaltet wird, wobei
die ersten Saugrohre (4) von einem gemeinsamen ersten Ansaugverteiler (1) ausgehen,
die zweiten Saugrohre (5) kürzer sind und einen kleine­ ren Querschnitt haben als die ersten Saugrohre (4) und über eine sprunghafte Querschnittsvergrößerung in ein Zwischenvolumen (8) übergehen, das mit dem ersten An­ saugverteiler (1) in Verbindung steht,
für alle zweiten Saugrohre (5) ein gemeinsames Zwischenvolumen vorgesehen ist, das von einem zweiten Ansaugverteiler (8) gebildet ist, und
das Schaltelement zwischen dem Zwischenvolumen (8) und der Vereinigungsstelle (13) der Saugrohre (4, 5) angeord­ net ist und von einem im zweiten Ansaugverteiler (8) an­ geordneten Walzendrehschieber (10) gebildet ist, der zwi­ schen einer ersten, die Mündungen der zweiten Saugrohre (5) absperrenden und einer zweiten, diese Mündungen frei­ gebenden Stellung drehbar ist.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zweiten Ansaugverteilers (8) etwa dem Hubvolumen aller Zylinder entspricht.

3. Ansaugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt und die Länge der ersten Saugrohre (4) für maximale Zylinderfüllung im unteren bis mittleren Drehzahlbereich ausgelegt sind und der Querschnitt der zweiten Saugrohre (5) etwa 50-70% des Querschnittes der ersten Saugrohre (4) und ihre Länge etwa 50% der Länge der ersten Saugrohre (4) beträgt.

4. Ansaugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente bzw. der Walzendrehschieber (10) von einem kennfeldgesteuerten Stellmotor (14) drehzahl- und lastabhängig sowie in Ab­ hängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Drossel­ klappenwinkels gesteuert sind bzw. ist.