DE4032727C2 - Ansaugsystem für Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für Mehrzylinder- Hubkolben-Brennkraftmaschinen, bestehend aus zwei Gruppen von Motorzylindern, die entsprechend der Saug- bzw. Zündfolge je einem Sammelrohr zugeordnet sind, wobei die einzelnen Motorzy­ linder über zumindest einen Saugrohrstutzen mit dem zugeordneten Sammelrohr verbunden sind und die Sammelrohre einerseits über Zweigleitungen mit einem gemeinsamen Ansaugrohr und andererseits über ein kurzes Verbindungsrohr, etwa von der Stärke der Sam­ melrohre, sowie über ein langes, etwa zu den Sammelrohren paral­ leles und in mindestens eines der Sammelrohre einmündendes Ver­ bindungsrohr miteinander verbunden sind, wobei im kurzen Verbin­ dungsrohr eine etwa mittig gelagerte Umschaltklappe angeordnet ist.

Es ist bekannt, mit Hilfe von Schwingungsresonanzen innerhalb des Ansaugsystems der Brennkraftmaschine den Liefergrad in einem bestimmten Drehzahlbereich zu steigern. Während bei einem starren Ansaugsystem eine Resonanzaufladung nur in einem schmalen Dreh­ zahlbereich auftritt, kann durch variable Ansaugsysteme die An­ zahl dieser Resonanzdrehzahlen entsprechend der Anzahl der ver­ schiedenen schaltbaren Stufen gesteigert werden. Durch Variation der Volumina der zwei Ansaugbehälter bzw. der Länge und des Volu­ mens einer Verbindungsleitung können verschiedene Resonanzdreh­ zahlen bzw. unterschiedliche Phasenlagen der resultierenden Schwingung erzielt werden.

Die bekannten gebräuchlichsten Ausführungsformen besitzen eine steuerbare Klappe zwischen zwei Resonanzbehältern und können durch Öffnen und Schließen dieser Klappe das Resonanzvolumen und damit den Drehzahlbereich, in dem eine Resonanzaufladung auf­ tritt, ändern. Eine derartige Anordnung ist in der US 4 738 229 A gezeigt. Bei einer anderen, etwa aus der EP 0 265 960 A2 bekann­ ten Ausführungsform wird durch ein zweites, zwischen den Zulei­ tungsrohren der zwei Resonanzbehälter angeordnetes Regelorgan die Länge der Zuleitungsrohre verändert, wodurch eine dritte Reso­ nanzfrequenz geschaffen wird.

Gemeinsam ist diesen bekannten variablen Resonanzsystemen, daß mit jeweils einem Regelorgan nur zwischen zwei Zuständen, nämlich der offenen und der geschlossenen Stellung des Regelorganes, geschaltet wird.

Ferner beschreibt die EP 0 312 810 A1 ein Einlaßsystem mit zwei miteinander verbundenen Resonanzbehältern. In einer Verbindungs­ leitung zwischen den Resonanzbehältern ist eine Querschnittsver­ änderungseinrichtung angeordnet, mit welcher die Resonanzfre­ quenz, in Abhängigkeit der Motordrehzahl, geändert werden kann. Dieses System erfordert einen relativ hohen Steuerungs- und Bau­ aufwand, um eine motordrehzahlabhängige Resonansfrequenz zu rea­ lisieren.

Aus der US 4 803 961 A ist ein Ansaugsystem der eingangs genann­ ten Art bekannt, wobei ein langes, etwa zu den Sammelrohren pa­ ralleles Verbindungsrohr zwischen den Sammelrohren angeordnet und im kurzen Verbindungsrohr eine etwa mittig gelagerte Umschalt­ klappe vorgesehen ist. Beide Enden des langen Verbindungsrohres münden dabei direkt in die Sammelrohre. Die Umschaltklappe kann lediglich zur Durchflußsteuerung des praktisch nur aus einem Wanddurchbruch bestehenden kurzen Verbindungsrohres verwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer einzigen Umschaltklappe drei verschiedene Stellungen schalten zu können, ohne einen zu großen baulichen Aufwand hiefür in Kauf nehmen zu müssen.

Die Erfindung besteht darin, daß das lange Verbindungsrohr vom kurzen Verbindungsrohr abzweigt, und daß die Umschaltklappe im Abzweigbereich des langen Verbindungsrohres angeordnet ist und drei Schaltstellungen aufweist, und mit der Umschaltklappe sowohl das kurze als auch das lange Verbindungsrohr zwischen den beiden Sammelrohren verschließbar ist. Damit kann mit einer einzigen Um­ schaltklappe zwischen drei verschiedenen Stellungen geschaltet und so drei verschiedene Drehzahlbereiche gewählt werden.

Besonders vorteilhaft ist es bei einem Ansaugsystem, bei dem die Umschaltklappe abhängig von der Motordrehzahl gesteuert wird, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im niedrigen sowie höchsten Drehzahlbereich beide Verbindungsrohre durch die Um­ schaltklappe verschlossen sind (Stellung I), im mittleren Dreh­ zahlbereich das lange Verbindungsrohr durch die Umschaltklappe freigegeben wird (Stellung II) und im oberen Drehzahlbereich das kurze Verbindungsrohr zwischen den beiden Sammelrohren geöffnet wird (Stellung III).

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Ansaugsy­ stem mit einer mittels einer Klappenwelle mit einem Betätigungs­ hebel verbundenen Umschaltklappe vorgesehen sein, daß der Betäti­ gungshebel mittels einer Feder in der Mittelposition gehalten wird.

Zur Betätigung der Umschaltklappe können zwei Unterdruckdosen vorgesehen sein, welche Betätigungsstangen aufweisen, die an bei­ den Seiten des Betätigungshebels angreifen und durch Beaufschla­ gung einer der beiden Unterdruckdosen mit Unterdruck aus dem Saugrohr oder einem Unterdruckspeicher die Umschaltklappe entge­ gen der Federkraft in jeweils eine der beiden Anschlagpositionen zieht. Der Betätigungsunterdruck der Unterdruckdosen kann über elektromagnetische Schaltventile vom elektronischen Motormanage­ ment last- und drehzahlabhängig gesteuert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein erstes Ansaugsystem gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfin­ dung,

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ansaugsystems nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4 die Steuereinrichtung für die Umschaltklappe,

Fig. 5 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles V in Fig. 4 und Fig. 6 einen Schnitt nach der Li­ nie VI-VI in Fig. 5.

Gleiche oder analoge Teile sind in Fig. 1 und 2 mit denselben Be­ zugszeichen versehen.

Die Sechszylinder-Brennkraftmaschine mit in V-Form angeordneten Zylinderreihen (Fig. 1) bzw. in einer Reihe angeordneten Zylin­ dern (Fig. 2) weist zwei Gruppen von Zylindern 1 und 2 auf, die über Saugrohrstutzen 1' bzw. 2' mit je einem Sammelrohr 3 bzw. 4 in Verbindung stehen. Die Zuordnung der einzelnen Motorzylinder zu den beiden Sammelrohren entsprechend der Saugfolge ( = Zündfolge) ist so, daß die in einem Sammelrohr 3 bzw. 4 zusam­ mengefaßten Motorzylinder 1 bzw. 2 möglichst gleichmäßige Zündab­ stände aufweisen und somit eine Schwingung mit großen Amplituden im Sammelrohr angeregt wird. Beim Sechszylindermotor (Zündabstand 120° Kurbelwinkel) werden daher die Zylinder mit jeweils 240°KW Zündabstand zu einem Sammelrohr zusammengefaßt. Die beiden Sammelrohre 3 und 4 sind einerseits durch ein kurzes Ver­ bindungsrohr 5, das ungefähr den Durchmesser der Sammelrohre 3, 4 aufweist, und andererseits über Zweigleitungen 6 und 6' des Saugrohres 7 miteinander strömungsverbunden. Das in das Saug­ rohr 7 eingeschaltete Luftfilter ist mit 8 bezeichnet.

Vom kurzen Verbindungsrohr 5 zweigt etwa in der Mitte das zwi­ schen den Sammelrohren 3 und 4 liegende lange Verbindungsrohr 9 ab und mündet im Sammelrohr 4 an der Stelle 10 in den Ausfüh­ rungsbeispielen vor dem ersten Saugrohrstutzen 2'. Im Bereich der Abzweigung des langen Verbindungsrohres 9 vom kurzen Verbindungs­ rohr 5 ist die auf einer Achse 11 mittig gelagerte Umschalt­ klappe 12 vorgesehen, die in der voll ausgezogenen Stellung I so­ wohl eine Durchströmung des kurzen Verbindungsrohres 5 als auch des langen Verbindungsrohres 9 verhindert. In der gestrichelt ge­ zeichneten Stellung II ist zwar eine Durchströmung des Verbin­ dungsrohres 5 verhindert, jedoch ist eine Strömungsverbindung zwischen den Sammelrohren 3 und 4 durch das Verbindungsrohr 9 hergestellt. In der punktiert angezeichneten Mittelstellung III besteht eine Strömungsverbindung sowohl zwischen den Sammelroh­ ren 3 und 4 über das Verbindungsrohr 5 als auch eine Strömungs­ verbindung zwischen den Sammelrohren 3 und 4 und dem langen Ver­ bindungsrohr 9.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 befindet sich in den beiden Zweig­ leitungen 6 und 6' vor der Einmündung in die Sammelrohre 3 und 4 je eine Drosselklappe 13 und 13', welche auf einer gemeinsamen Achse 14 sitzen und synchron angetrieben sind. Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist eine einzige Drosselklappe 13" im Ansaugrohr 7 angeordnet.

Im niedrigen Drehzahlbereich, wo die Umschaltklappe 12 die Ver­ bindung zwischen den beiden Sammelrohren 3 und 4 (Stellung I) verschließt, bildet sich je eine der Saugfolge der drei den ein­ zelnen Sammelrohren 3, 4 zugeordneten Motorzylinder entsprechende Schwingung aus. Durch Schließen der Verbindungsrohre 5 und 9 (Stellung I) kann der Liefergrad außer im niedrigen auch im obersten Drehzahlbereich gesteigert werden.

Durch Freigabe des langen Verbindungsrohres 9 (Stellung II) wird die Resonanzschwingung allen Motorzylindern 1 und 2 zugeordnet, wobei durch die Abstimmung des langen Verbindungsrohres 9 (Länge, Durchmesser) eine Beeinflussung der Phasenlage dieser Schwingung und somit eine Liefergraderhöhung in einem durch die Abstimmung des Verbindungsrohres festgelegten Drehzahlbereich eintritt.

Durch Umschalten vom langen Verbindungsrohr 9 auf das kurze Ver­ bindungsrohr 5 (Stellung III) wird durch Veränderung der Phasen­ lage der resultierenden Schwingung das Liefergradmaximum zu hö­ heren Drehzahlen verschoben (vgl. die Darstellung in Fig. 3).

Fig. 3 zeigt schematisch das drehzahlabhängige Schaltverhalten beim erfindungsgemäßen variablen Ansaugsystem und die dadurch er­ zielbaren Mitteldrücke bzw. Drehmomente M_d. Durch entsprechende Umschaltung kann über den gesamten Drehzahlbereich ein hoher Luftliefergrad erreicht werden.

Aus den Fig. 4 bis 6 ist die Betätigungseinrichtung der Um­ schaltklappe 12 schematisch dargestellt. Die Umschaltklappe 12 ist mittels der Klappenwelle 11 mit einem Betätigungshebel 14 verbunden, welcher mittels der Haarnadelfeder 15 am Zentrier­ stift 16 durch die Federkraft in der Mittelposition III, vgl. Fig. 1 und 2, gehalten wird. Das Verschwenken der Umschalt­ klappe 12 in die Positionen I und II erfolgt bei vorliegendem Ausführungsbeispiel durch Unterdruck, welcher aus dem Saugrohr oder einem Unterdruckspeicher stammt. Die Unterdruckversorgungs­ leitung ist mit 19 bezeichnet. Der Betätigungsunterdruck der Un­ terdruckdosen 17, 17', wird über elektromagnetische Schaltven­ tile 18, 18' vom elektronischen Motormanagement last- und dreh­ zahlabhängig über die elektrischen Leitungen 20 und 20' gesteu­ ert. Wird eine der Unterdruckdosen 17, 17' mit Unterdruck beauf­ schlagt, so wird infolge Durchwölbung der Dosenmembrane eine der Stangen 21, 21' in der Zeichnung nach oben bewegt, wodurch die Umschaltklappe 12 in eine der Anschlagpositionen I oder II gezo­ gen wird. Zu diesem Zweck greifen die Stangen 21, 21' an dem Be­ tätigungshebel 14 an, an welchen die Stangen 21, 21' angelenkt sind.

Claims (4)

1. Ansaugsystem für Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschi­ nen, bestehend aus zwei Gruppen von Motorzylindern (1, 2), die entsprechend der Saug- bzw. Zündfolge je einem Sammel­ rohr (3, 4) zugeordnet sind, wobei die einzelnen Motorzy­ linder (1, 2) über zumindest einen Saugrohrstutzen (1', 2') mit dem zugeordneten Sammelrohr (3, 4) verbunden sind und die Sammelrohre (3, 4) einerseits über Zweigleitungen (6, 6') mit einem gemeinsamen Ansaugrohr (7) und andererseits über ein kurzes Verbindungsrohr (5), etwa von der Stärke der Sammelrohre (3, 4), sowie über ein langes, etwa zu den Sammelrohren (3, 4) paralleles und in mindestens eines der Sammelrohre (3, 4) einmündendes Verbindungsrohr (9) mitein­ ander verbunden sind, wobei im kurzen Verbindungsrohr (5) eine etwa mittig gelagerte Umschaltklappe (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das lange Verbindungs­ rohr (9) vom kurzen Verbindungsrohr (5) abzweigt, und daß die Umschaltklappe (12) im Abzweigbereich des langen Ver­ bindungsrohres (9) angeordnet ist und drei Schaltstellun­ gen (I, II, III) aufweist, und mit der Umschaltklappe (12) sowohl das kurze (5) als auch das lange Verbindungsrohr (9) zwischen den beiden Sammelrohren (3, 4) verschließbar ist.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, wobei die Umschaltklappe (12) abhängig von der Motordrehzahl gesteuert wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im niedrigen sowie höchsten Drehzahlbe­ reich beide Verbindungsrohre (5, 9) durch die Umschalt­ klappe (12) verschlossen sind (Stellung I), im mittleren Drehzahlbereich das lange Verbindungsrohr (9) durch die Um­ schaltklappe (12) freigegeben wird (Stellung II) und im oberen Drehzahlbereich das kurze Verbindungsrohr (5) zwi­ schen den beiden Sammelrohren (3, 4) geöffnet wird (Stellung III).

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, mit einer mittels einer Klappenwelle (11) mit einem Betätigungshebel (14) verbundenen Umschaltklappe (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (14) mittels einer Feder (15) in der Mittelposition (III) gehalten wird.

4. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Betätigung der Umschaltklappe (12) zwei Unterdruckdosen (17, 17') vorgesehen sind, welche Be­ tätigungsstangen (21, 21') aufweisen, die an beiden Seiten des Betätigungshebels (14) angreifen und durch Beaufschla­ gung einer der beiden Unterdruckdosen (17, 17') mit Unter­ druck aus dem Saugrohr oder einem Unterdruckspeicher die Umschaltklappe (12) entgegen der Federkraft in jeweils eine der beiden Anschlagpositionen (I, II) ziehen.