HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für
einen V-Motor, genauer auf ein Ansaugsystem für einen V-
Motor, bei dem der Motor durch den kinetischen Effekt der
Ansaugluft aufgeladen wird.
Beschreibung des Standes der Technik
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Wie zum Beispiel in den japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichungen Nrn. 62(1987)-91621, 62(1987)-162723
und 63(1988)-263319 und dem Patent der Vereinigten
Staaten Nr. 4649871 offenbart, ist ein Ansaugsystem für einen
Verbrennungsmotor bekannt, das so beschaffen ist, daß der
Motor durch den Trägheitseffekt der Ansaugluft aufgeladen
wird. In einem solchen trägheitsaufladenden Ansaugsystem
hängt der Drehzahlbereich des Motors, in dem der Effekt
der Trägheitsaufladung erzielt werden kann, von der Länge
des Ansaugkanals zwischen dem Einlaß jedes Zylinders und
dem Bereich ab, an dem die am Einlaß erzeugte und sich
vom Einlaß weg ausbreitende Druckwelle zum Einlaß hin
reflektiert wird. Um dementsprechend den
trägheitsaufladenden Effekt in einem großen Drehzahlbereich des Motors
zu erzielen, muß die effektive Länge zwischen dem Einlaß
und dem Bereich der Druckwellenreflexion, der im
allgemeinen die Form einer vergrößerten Volumenkammer besitzt,
mit der Motordrehzahl verändert werden. Wenn zum Beispiel
ein Paar von vergrößerten Volumenkammern in
unterschiedlichen Abständen vom Einlaß vorgesehen sind und der
stromaufseitig zum Einlaß gelegene Ansaugkanal
entsprechend
der Motordrehzahl wahlweise mit einer der
vergrößerten Volumenkammern verbunden wird, kann der
trägheitsaufladende Effekt in einem größeren Drehzahlbereich
des Motors erzielt werden. Dieser Weg wirft aber das
Problem auf, daß das Ansaugsystem dazu neigt, kompliziert
und schwerfällig zu sein. Dieses Problem wiegt im Fall
von V-Motoren besonders schwer.
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FR-A 25 91 665 offenbart ein Ansaugsystem, das zwei
Sammelbehälter umfaßt, von denen jeder über einer der
jeweiligen Zylinderbänke eines V-Motors angeordnet ist.
Die Sammelbehälter stehen auf ihrer stromaufseitigen
Seite jeweils mit einem oder mehreren gemeinsamen
Ansaugkanälen und auf ihrer stromabseitigen Seite mit den
Einzel-Ansaugkanälen der jeweiligen Zylinder in
Verbindung. Von jedem der Sammelbehälter erstrecken sich
kürzere Einzel-Ansaugkanäle zu den Zylindern der sich direkt
unter dem entsprechenden Sammelbehälter befindlichen
Zylinderbank und längere Einzel-Ansaugkanäle zu der
entsprechenden gegenüberliegenden Zylinderbank, wo sie in
die kürzeren Einzel-Ansaugkanäle des anderen
Sammelbehälters übergehen. An der Verbindungsstelle der längeren
Einzel-Ansaugkanäle mit den kürzeren Einzel-Ansaugkanälen
befinden sich Ein-Aus-Ventile, mittels derer die Strömung
der Ansaugluft durch die längeren Einzel-Ansaugkanäle im
hohen Drehzahlbereich des Motors gesperrt werden kann, so
daß die Strömung der Ansaugluft nur vom jeweiligen
Sammelbehälter durch die kürzeren Einzel-Ansaugkanäle zu den
Zylindern der sich direkt unter dem Sammelbehälter
befindlichen Zylinderbank auftritt. Im unteren
Drehzahlbereich des Motors sind die Ein-Aus-Ventile geöffnet,
wodurch die Verbindung zwischen dem Sammelbehälter und
den sich davon erstreckenden kürzeren
Einzel-Ansaugkanälen unterbrochen wird. Somit wird die Ansaugluft von
jedem der Sammelbehälter durch die längeren
Einzel-Ansaugkanäle zu den Zylindern in der jeweils
gegenüberliegenden
Zylinderbank und durch deren kürzere
Einzel-Ansaugkanäle strömen. Auf diese Weise kann die effektive
Länge der Ansaugkanäle verändert werden, um eine wirksame
Trägheitsaufladung des Motors sowohl im hohen als auch im
niedrigen Drehzahlbereich zu ermöglichen. Da dieses
bekannte Ansaugsystem aber kürzere und längere Einzel-
Ansaugkanäle jeweils in einer Anzahl entsprechend der
Zylinderzahl des Motors erfordert, hat es einen großen
Platzbedarf.
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Angesichts der obengenannten Beobachtungen und
Beschreibung ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Ansaugsystem für einen V-Motor zu schaffen, das in
unterschiedlichen Abständen von den Einlässen des Motors
ein Paar von Bereichen, die Druckwellen reflektieren,
besitzt und trotzdem kompakt ausgebildet werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch
ein Ansaugsystem gelöst, wie es in Anspruch 1 festgelegt
ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht, die einen V-6-
Motor zeigt, der mit einem Ansaugsystem gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ausgerüstet ist,
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Fig. 2 ist eine Teil-Vorderansicht des Motors,
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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild zur Erläuterung der
Steuereinrichtung,
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Fig. 4 zeigt die Zeitfolge, in der das erste und das
zweite Ein-Aus-Ventil geöffnet oder geschlossen werden,
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Fig. 5 zeigt den Drehmomentverlauf des Motors, der durch
das Ansaugsystem der ersten Ausführungsform erhalten
wird,
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Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht eines
Ansaugsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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Fig. 7 ist eine Teil-Vorderansicht des Ansaugsystems,
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Fig. 8 ist eine Teil-Draufsicht zur Erläuterung einer
Variante der ersten Ausführungsform,
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Fig. 9 ist eine Vorderansicht zur Erläuterung der
Variante,
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Fig. 10 ist eine Vorderansicht eines V-6-Motors, der mit
einem Ansaugsystem gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist,
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Fig. 11 ist eine Draufsicht des Motors,
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Fig. 12 ist eine Seitenansicht des Motors, und
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Fig. 13 ist eine Schnittansicht des Motors.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUS FÜHRUNGSFORM
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In den Fig. 1 und 2 umfaßt ein mit einem Ansaugsystem
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ausgerüsteter V-6-Motor 1 linke und rechte
Zylinderbänke 1A und 1B, die aus einem Zylinderblock 2
und linken und rechten Zylinderköpfen 3a und 3b gebildet
sind, welche auf dem Zylinderblock 2 unter einem Winkel
zueinander montiert sind. Die Zylinder Nrn. 1, 3 und 5
sind in der linken Zylinderbank 1A und die Nrn. 2, 4 und
6 in der rechten Zylinderbank 1B ausgebildet. Die
Einlässe 4 der Zylinder in jeder Zylinderbank münden in die
Zylinderbank-Innenseite, die den Einlässen 4 der Zylinder
in der anderen Zylinderbank gegenüberliegt.
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Das Ansaugsystem dieser Ausführungsform umfaßt einen
Ansaugkrümmer 6, der Einzel-Ansaugkanäle 6a bis 6f
bildet, die jeweils mit den Einlässen 4 für die Zylinder
Nrn. 1 bis 6 verbunden sind, und einen Sammelbehälter 8,
der mit den stromaufseitigen Enden der
Einzel-Ansaugkanäle 6a bis 6f verbunden ist.
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Der Sammelbehälter 8 ist über der rechten Zylinderbank 1B
angeordnet und besitzt erste und zweite Kammern 8a und
8b. Der Sammelbehälter 8 besitzt die Form eines
verlängerten Behälters, der sich in Richtung der Kurbelwelle
erstreckt, während der Innenraum des Sammelbehälters 8
durch eine Trennwand 8c in die erste und zweite Kammer 8a
und 8b aufgeteilt ist. Die erste Kammer 8a liegt hinter
der zweiten Kammer 8b. Die Einzel-Ansaugkanäle 6a, 6c und
6e für die Zylinder in der linken Bank 1A, die sich
entfernt vom Sammelbehälter 8 befindet, sind mit der
ersten Kammer Ba verbunden, während die
Einzel-Ansaugkanäle 6b, 6d und 6f für die Zylinder in der rechten
Zylinderbank 1B mit der zweiten Kammer 8b verbunden sind.
Dadurch treten die Ansaughübe nicht unmittelbar
hintereinander in den mit jeder Kammer verbundenen Zylindern
auf.
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Ein Drosselkörper 11 ist auf derjenigen Seite mit dem
Sammelbehälter 8 verbunden, die den Einzel-Ansaugkanälen
6a bis 6f gegenüberliegt. Der Drosselkörper 11 besitzt
ein Paar von Kanälen, die jeweils mit den ersten und
zweiten Kammern 8a und 8b in Verbindung stehen, wobei die
Drosselklappen 12a und 12b in den jeweiligen Kanälen
vorgesehen sind. Ein gemeinsamer Ansaugkanal 13 ist mit
dem Drosselkörper 11 verbunden, während die ersten und
zweiten Kammern 8a und 8b des Sammelbehälters 8 im
gemeinsamen Ansaugkanal 13 in Verbindung stehen. Das
stromaufseitige Ende des gemeinsamen Ansaugkanales 13 ist
mit einem Luftmengenmesser LMM und einem Luftfilter LF
verbunden.
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Der Ansaugkrümmer 7, der die Einzel-Ansaugkanäle 6a bis
6f bildet, besteht aus einer oberen und einer unteren
Hälfte 7a bzw. 7b. Die obere Hälfte 7a bildet den
stromaufseitigen Bereich der Einzel-Ansaugkanäle 6a bis 6f und
ist einteilig mit dem Sammelbehälter 8 ausgeführt,
während die untere Hälfte 7b den stromabseitigen Bereich der
Einzel-Ansaugkanäle 6a bis 6f bildet. Die oberen und
unteren Hälften 7a und 7b sind entlang einer
Verbindungsfläche F verbunden, die in dem Raum zwischen den
Zylinderbänken 1A und 1B angeordnet und im wesentlichen
horizontal ist.
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In der unteren Hälfte 7b erstrecken sich die mit der
linken Zylinderbank 1A verbundenen Einzel-Ansaugkanäle
6a, 6c und 6e schräg nach oben zur Mitte des Raumes
zwischen den Zylinderbänken 1A und 1B, während sie sich
in der oberen Hälfte 7a nach oben erstrecken, dann leicht
nach hinten gebogen sind, und mit der ersten Kammer 8a
des Sammelbehälters 8 verbunden sind, der über der
rechten Zylinderbank 1B angeordnet ist. In der unteren Hälfte
7b erstrecken sich die mit der rechten Zylinderbank 1B
verbundenen Einzel-Ansaugkanäle 6b, 6d und 6f schräg nach
oben zur Mitte des Raumes zwischen den Zylinderbänken 1A
und 1B, während sie sich in der oberen Hälfte 7a nach
oben erstrecken, dann leicht nach vorne gebogen sind, und
mit der zweiten Kammer 8b des Sammelbehälters 8 verbunden
sind, der über der rechten Zylinderbank 1B angeordnet
ist. In der Verbindungsfläche F sind die mit der linken
Zylinderbank 1A und die mit der rechten Zylinderbank 1B
verbundenen Einzel-Ansaugkanäle in Richtung der
Kurbelwelle abwechselnd angeordnet. Die Längen der
Einzel-Ansaugkanäle 6a bis 6f sind einander im wesentlichen
gleich.
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Ein erstes Ein-Aus-Ventil 15 ist in einer Öffnung
vorgesehen, die in der Trennwand 8c des Sammelbehälters 8
gebildet ist und die ersten und zweiten Kammern 8a und 8b
verbindet. Das erste Ein-Aus-Ventil 15 wird von einem
ersten Betätigungselement 17 geöffnet und geschlossen,
wobei der Zweck des ersten Ein-Aus-Ventiles 15 später
deutlich werden wird.
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Von den jeweiligen Einzel-Ansaugkanälen 6a bis 6f in der
oberen Hälfte 7a des Ansaugkrümmers 7 zweigen
Abzweigkanäle 9a bis 9f ab und erstrecken sich zu der linken
Zylinderbank 1A. Die ersten und zweiten Volumenkammern
19a und 19b sind über der linken Zylinderbank 1A
angeordnet, wobei sich die erste Volumenkammer 19a vor der
zweiten Volumenkammer 19b befindet. Die Abzweigkanäle 9a
bis 9c, die von den Einzel-Ansaugkanälen 6a bis 6c für
die Zylinder Nrn. 1 bis 3 abzweigen, sind mit der ersten
Volumenkammer 19a verbunden und die Abzweigkanäle 9d bis
9f, die von den Einzel-Ansaugkanälen 6d bis 6f für die
Zylinder Nrn. 1 bis 3 abzweigen, sind mit der zweiten
Volumenkammer 19b verbunden. Die mit jeder der
Volumenkammern 19a und 19b verbundenen Einzel-Ansaugkanäle
stehen untereinander über die Volumenkammer in
Verbindung. Jeder der Abzweigkanäle 9a bis 9f ist an seiner
Verbindungsstelle mit der Volumenkammer mit einem zweiten
Ein-Aus-Ventil 16 versehen. Die zweiten Ein-Aus-Ventile
16 in den mit jeder der Volumenkammern verbundenen
Abzweigkanälen werden von einer gemeinsamen Welle
getragen, wobei alle zweiten Ein-Aus-Ventile 16 von einem
zweiten Betätigungselement 18 betätigt werden. Der Zweck
der zweiten Ein-Aus-Ventile 16 wird später deutlich
werden.
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In dieser speziellen Ausführungsform wird der Motor 1
sowohl durch den Effekt der Trägheitsaufladung als auch
den durch Effekt der Resonanzaufladung aufgeladen. Der
Effekt der Resonanzaufladung wird erhalten, wenn die
Eigenfrequenz des aus den beiden Kammern 8a und 8b des
Sammelbehälters 8 und den damit verbundenen
Einzel-Ansaugkanälen bestehenden Ansaugsystems in Resonanz mit der
Motordrehzahl tritt und somit eine statische Druckwelle
jeweils am Ende des Ansaughubes erzeugt wird und diese
statische Druckwelle auf die Einlässe 4 wirkt. Wenn das
erste Betätigungselement 17 das erste Ein-Aus-Ventil 15
öffnet, stehen die ersten und zweiten Kammern 8a und 8b
über einen kürzeren Weg in Verbindung, wodurch die
Eigenfrequenz des obengenannten Ansaugsystem erhöht und der
Effekt der Resonanzaufladung in einem Drehzahlbereich des
Motors erreicht wird, der höher ist als bei geschlossenem
ersten Ein-Aus-Ventil 15. Somit bilden das erste Ein-Aus-
Ventil 15 und das erste Betätigungselement 17 einen
Resonanz-Änderungsmechanismus 20, der den Drehzahlbereich
des Motors, in dem der Effekt der Resonanzaufladung
erzielt werden kann, verändert. In dieser Ausführungsform
tritt der Ansaughub in den Zylindern Nr. 1 bis 6 in
dieser Reihenfolge auf (d.h. die Zündfolge ist 1-2-3-4-5-
6), während die Ansaughübe in den mit jeder der Kammern
8a und 8b des Sammelbehälters 8 verbundenen Zylindern
nicht unmittelbar nacheinander auftreten. Dementsprechend
tritt keine gegenseitige Beeinflussung der Ansaugluft
auf, so daß der Effekt der Resonanzaufladung sicher
erzielt werden kann.
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Die an jedem Einlaß 4 erzeugte Schwingungskraft setzt
sich stromaufseitig in dem entsprechenden
Einzel-Ansaugkanal fort und bringt die Luft in dem Teil des
Ansaugkanals
zwischen dem Einlaß 4 und dem Sammelbehälter 8 zum
Schwingen, wenn das zweite Ein-Aus-Ventil 16 geschlossen
ist, während es die Luft in dem Teil des Ansaugkanals
zwischen dem Einlaß 4 und der mit dem Einzel-Ansaugkanal
verbundenen Volumenkammer 19a oder 19b zum Schwingen
bringt, wenn das zweite Ein-Aus-Ventil 16 geöffnet ist.
Wenn die Schwingung der Luft in dem Teil des Ansaugkanals
auf das Schließen des Einlasses 4 abgestimmt ist, kann
der Effekt der Trägheitsaufladung erzielt werden. Wenn
das zweite Ein-Aus-Ventil 16 geschlossen ist, ist der
Teil des Ansaugkanals, der an der Schwingung teilnimmt,
länger als derjenige, wenn das zweite Ein-Aus-Ventil 16
geöffnet ist, wodurch der Effekt der Trägheitsaufladung
in einem niedrigeren Drehzahlbereich des Motors erzielt
wird. D.h. das zweite Ein-Aus-Ventil 16 und das zweite
Betätigungselement 18 bilden einen
Trägheits-Änderungsmechanismus 21, der den Drehzahlbereich des Motors, in dem
der Effekt der Trägheitsaufladung erzielt werden kann,
verändert. Wenn außerdem die zweiten Ein-Aus-Ventile 16
geöffnet werden, wird die Ansaugluft in jeden Zylinder
aus den Einzel-Ansaugkanälen für die anderen Zylinder
durch die Abzweigkanäle und die Volumenkammer 19a oder
19b eingeleitet, wodurch der Ansaugwiderstand vermindert
und der volumetrische Wirkungsgrad verbessert wird.
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Der Resonanz-Änderungsmechanismus 20 und der Trägheits-
Änderungsmechanismus 21 werden von einer in Fig. 3
gezeigten Steuereinrichtung 22 gesteuert.
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Das erste Betätigungselement 17 wird von einem Unterdruck
angetrieben, mit dem es durch einen
Unterdruck-Einleitkanal 23 beaufschlagt wird, welcher mit einem ersten
Dreiweg-Solenoidventil 25 versehen ist, während das zweite
Betätigungselement 18 von einem Unterdruck angetrieben
wird, mit dem es durch einen Unterdruck-Einleitkanal 24
beaufschlagt wird, welcher mit einem zweiten Dreiweg-
Solenoidventil 26 versehen ist. Die Steuereinrichtung 22
besitzt zwei Treiberschaltungen 27 und 28, die jeweils
Treibersignale an das erste bzw. zweite
Dreiweg-Solenoidventil 25 bzw. 26 zu vorgegebenen Zeiten ausgeben, so daß
das erste bzw. zweite Betätigungselement 17 bzw. 18 mit
Unterdruck beaufschlagt werden.
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Ein Motordrehzahlsignal von einem Drehzahl-Meßwertgeber
30 einer Motordrehzahl-Erfassungseinrichtung 29 und ein
Drosselklappen-Öffnungssignal von einem Drosselklappen-
Meßwertgeber 31, der das Öffnen der Drosselklappen 12a
und 12b erfaßt, werden in die Steuereinrichtung 22
eingeleitet. Das Motordrehzahlsignal wird in die ersten bis
dritten Komparatoren 32 bis 34 eingeleitet, während das
Drosselklappen-Öffnungssignal in einen vierten Komparator
35 eingeleitet wird. Der erste Komparator 32 vergleicht
das Motordrehzahlsignal mit einem ersten Bezugswert N1,
der 3500 min&supmin;¹ entspricht, der zweite Komparator 33
vergleicht das Motordrehzahlsignal mit einem zweiten
Bezugswert N2, der 5000 min&supmin;¹ entspricht, der dritte Komparator
34 vergleicht das Motordrehzahlsignal mit einem dritten
Bezugswert N3, der 7000 min&supmin;¹ entspricht, und der vierte
Komparator 35 vergleicht das
Drosselklappen-Öffnungssignal mit einem vierten Bezugswert To, der 73º
entspricht. Die Ausgaben des ersten und dritten Komparators
32 und 35 (34) werden durch eine Gatterschaltung 36 in
eine ODER-Schaltung 37 eingeleitet. Die Ausgabe des
vierten Komparators 35 wird ebenso in die ODER-Schaltung
37 eingeleitet. Das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 37
wird in die Treiberschaltung 27 eingeleitet, die das
erste Solenoidventil 25 des Resonanz-Änderungsmechanismus
20 antreibt. Das Ausgangssignal des zweiten Komparators
33 wird in die Treiberschaltung 28 eingeleitet, die das
zweite Solenoidventil des Trägheits-Änderungsmechanismus
21 antreibt.
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Die Steuereinrichtung 22 steuert den
Resonanz-Änderungsmechanismus 20 und den Trägheits-Änderungsmechanismus 21
so, daß diese das erste und das zweite Ein-Aus-Ventil 15
und 16 gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Muster öffnen und
schließen. Somit wird das erste Ein-Aus-Ventil 15 in
einem Bereich hoher Last und niedriger Motordrehzahl, in
dem die Öffnung der Drosselklappe nicht kleiner als 73º
und die Motordrehzahl nicht größer als 3500 min&supmin;¹ ist,
und in einem Bereich hoher Last und hoher Motordrehzahl,
in dem die Öffnung der Drosselklappe nicht kleiner als
73º und die Motordrehzahl nicht kleiner als 7000 min&supmin;¹
ist, geschlossen. In den anderen Bereichen ist das erste
Ein-Aus-Ventil 15 geöffnet. Das zweite Ein-Aus-Ventil 16
wird ungeachtet der Drosseklappenöffnung geschlossen,
wenn die Motordrehzahl nicht höher als 5000 min&supmin;¹ ist,
und geöffnet, wenn die Motordrehzahl höher als 5000 min&supmin;¹
ist.
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Wenn die ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 15 und 16
nach diesem Muster geöffnet und geschlossen werden,
können die Motorleistungen, wie sie in Fig. 5 gezeigt
sind, erzielt werden. In Fig. 5 zeigt die Kurve I die
Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Drehmoment
des Motors, wenn sowohl das erste als auch das zweite
Ein-Aus-Ventil 15 und 16 über dem gesamten
Drehzahlbereich des Motors geschlossen gehalten werden. Die Kurve
II zeigt die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem
Drehmoment des Motors, wenn über dem gesamten
Drehzahlbereich des Motors das erste Ein-Aus-Ventil 15 geschlossen
und das zweite Ein-Aus-Ventil 16 offen gehalten werden.
Die Kurve III zeigt die Beziehung zwischen der
Motordrehzahl und dem Drehmoment des Motors, wenn über dem
gesamten Drehzahlbereich des Motors das erste Ein-Aus-Ventil
15 offen und das zweite Ein-Aus-Ventil 16 geschlossen
gehalten werden. Die Kurve IV zeigt die Beziehung
zwischen der Motordrehzahl und dem Drehmoment des Motors,
wenn sowohl das erste als auch das zweite Ein-Aus-Ventil
15 und 16 über dem gesamten Drehzahlbereich des Motors
offen gehalten werden. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann
ein maximales Drehmoment des Motors in dem unteren
Drehzahlbereich des Motors unterhalb von 3500 min&supmin;¹ erzielt
werden, wenn die ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 15
und 16 beide geschlossen sind. Im mittleren
Drehzahlbereich des Motors zwischen 3500 min&supmin;¹ und 5000 min&supmin;¹ kann
ein maximales Drehmoment des Motors erzielt werden, wenn
das erste Ein-Aus-Ventil 15 geöffnet und das zweite Ein-
Aus-Ventil 16 geschlossen ist, während im hohen
Drehzahlbereich des Motors zwischen 5000 min&supmin;¹ und 7000 min&supmin;¹ ein
maximales Drehmoment des Motors erzielt werden kann, wenn
die ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 15 und 16 beide
geöffnet sind. Weiterhin kann im Drehzahlbereich des
Motors über 7000 min&supmin;¹ ein maximales Drehmoment des
Motors erzielt werden, wenn das erste Ein-Aus-Ventil 15
geschlossen und das zweite Ein-Aus-Ventil 16 geöffnet
ist. Wenn dementsprechend die ersten und zweiten
Ein-Aus-Ventile 15 und 16 entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten
Muster geschlossen und geöffnet werden, kann der
Drehmomentverlauf des Motors wie von der durchgezogenen Linie
in Fig. 5 gezeigt erzielt werden.
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Da das Drehmoment des Motors im niedrigen Lastbereich, in
dem die Drosselklappen-Öffnung kleiner als 73º ist, nicht
so hoch zu sein braucht, wird das erste Ein-Aus-Ventil 15
über dem gesamten Drehzahlbereich des Motors geschlossen
gehalten, so daß das von der Kurve III gezeigte
Drehmoment des Motors erzielt wird, wenn die Motordrehzahl
unter 5000 min&supmin;¹ liegt. Wenn somit die Drosselklappen-
Öffnung kleiner als 73º ist, werden im Drehzahlbereich
des Motors unter 5000 min&supmin;¹ weder das erste
Ein-Aus-Ventil 15 noch das zweite Ein-Aus-Ventil 16 geschaltet,
wodurch der Drehmoment-Stoß, der aufgrund des Schaltens
der Ventile entsteht, vermieden werden kann. Im Fall
eines Fahrzeuges, dessen gewöhnlicher Betriebs-Drehzahl
bereich des Motors niedriger ist als 7000 min&supmin;¹, braucht
das erste Ein-Aus-Ventil 15 bei 7000 min&supmin;¹ nicht
geschaltet zu werden.
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Gemäß dieser Ausführungsform können der volumetrische
Wirkungsgrad des Motors verbessert und das Drehmoment des
Motors über einen weiten Drehzahlbereich des Motors durch
den Effekt der Trägheitsaufladung oder den Effekt der
Resonanzaufladung erhöht werden, ohne einen Turbolader zu
verwenden.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Ansaugsystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In
den Fig. 6 und 7 sind die Teile, die zu den in den Fig. 1
und 2 gezeigten Teilen analog sind, mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht
beschrieben.
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Ähnlich der ersten Ausführungsform sind die
Einzel-Ansaugkanäle 6a, 6c und 6e für die Zylinder in der linken
Zylinderbank 1A mit der ersten Kammer 8a des
Sammbelbehälters 8 verbunden, während die Einzel-Ansaugkanäle 6b,
6d und 6f für die Zylinder in der rechten Zylinderbank 1B
mit der zweiten Kammer Bb verbunden sind. Die Kammern 8a
und 8b stehen über die Öffnung 8c in Verbindung, welche
durch das erste Ein-Aus-Ventil 15 eines
Resonanz-Änderungsmechanismus 40 geschlossen und geöffnet wird.
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Die Einzel-Ansaugkanäle 6a bis 6f sind in einer Reihe in
dem Raum zwischen der linken und rechten Zylinderbank 1A
und 1B angeordnet, wobei die Abzweigkanäle 9a und 9f
jeweils von den Einzel-Ansaugleitungen 6a bis 6f
abzweigen. Die Abzweigkanäle, die von den Einzel-Ansaugkanälen
für die Zylinder in der linken Zylinderbank 1A abzweigen,
sind mit einer ersten Volumenkammer 42a verbunden,
während
die Abzweigkanäle, die von den Einzel-Ansaugkanälen
für die Zylinder in der rechten Zylinderbank 1B
abzweigen, mit einer zweiten Volumenkammer 42b verbunden sind,
die unter der ersten Volumenkammer 42a angeordnet ist.
Die Abzweigkanäle 9a bis 9f sind jeweils mit den zweiten
Ein-Aus-Ventilen 16 versehen. Die zweiten Ein-Aus-Ventile
16 für die mit der ersten Volumenkammer 42a verbundenen
Abzweigkanäle 9a, 9c und 9e werden von einer ersten Welle
43 getragen und werden gemeinsam geschlossen und
geöffnet. Die zweiten Ein-Aus-Ventile 16 für die mit der
zweiten Volumenkammer 42b verbundenen Abzweigkanäle 9b,
9d und 9f werden von einer zweiten Welle 44 getragen und
werden einheitlich geschlossen und geöffnet. Ein zweites
Betätigungselement (nicht gezeigt), das zusammen mit den
zweiten Ein-Aus-Ventilen 16 einen
Trägheits-Änderungsmechanismus 41 bildet, ist sowohl mit der Welle 43 als auch
mit der Welle 44 verbunden und öffnet und schließt die
zweiten Ein-Aus-Ventile 16.
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Die ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 15 und 16 werden
in derselben Weise geöffnet und geschlossen wie in der
ersten Ausführungsform.
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In dieser Ausführungsform treten die Ansaughübe nicht
unmittelbar nacheinander in den Zylindern auf, die mit
jeder der Volumenkammern 42a und 42b in Verbindung
stehen, wobei dann, wenn einer der Zylinder, die mit jeder
der Volumenkammern 42a und 42b in Verbindung stehen, sich
im Ansaughub befindet, die Luft nicht in die anderen
Zylinder eingeführt wird. Wenn dementsprechend die
zweiten Ein-Aus-Ventile 16 im hohen Drehzahlbereich des
Motors geöffnet werden (5000 bis 7000 min&supmin;¹), strömt die
Luft von den Einzel-Ansaugkanälen für die anderen
Zylinder in die im Ansaughub befindlichen Zylinder, wodurch
der volumetrische Wirkungsgrad stärker als in der ersten
Ausführungsform verbessert werden kann.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Variante der ersten
Ausführungsform.
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In dieser Variante sind die von den Einzel-Ansaugkanälen
6a bis 6f abzweigenden Abzweigkanäle 9a bis 9f mit einer
einzigen Volumenkammer 45 verbunden, die getrennt von der
oberen Hälfte 7a des Ansaugkrümmers 7 ausgebildet ist.
Die Volumenkammer 45 besitzt einen einteilig
ausgebildeten Innenraum 45a, wobei alle Abzweigkanäle 9a bis 9f mit
dem Innenraum 45a in Verbindung stehen, während die
Einzel-Ansaugkanäle 6a bis 6f über den Innenraum 45a der
Volumenkammer 45 untereinander in Verbindung stehen.
Jeder der Abzweigkanäle 9a bis 9f ist an der
Verbindungsstelle mit der Volumenkammer 45 mit dem zweiten
Ein-Aus-Ventil 16 versehen. Die zweiten Ein-Aus-Ventile 16 für
die jeweiligen Abzweigkanäle 9a bis 9f sind an einer
einzelnen Welle 46 befestigt und werden gemeinsam vom
zweiten Betätigungselement 18 angetrieben.
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Um den volumetrischen Wirkungsgrad weiter zu verbessern,
wenn die zweiten Ein-Aus-Ventile 16 wie oben beschrieben
geöffnet werden, sind die Zylinder vorzugsweise mit den
Volumenkammern verbunden, so daß wie in der ersten
Ausführungsform die Ansaughübe nicht unmittelbar
nacheinander in den mit jeder Volumenkammer verbundenen Zylindern
auftreten. Die Zylinder, in denen der Ansaughub
unmittelbar nacheinander auftritt, können aber wie in der zweiten
Ausführungsform oder der Variante der ersten
Ausführungsform mit einer Volumenkammer verbunden sein. In dem Fall,
in dem die Abzweigkanäle mit einzelnen Volumenkammern
verbunden sind, brauchen die Volumenkammern weiterhin
nicht miteinander in Verbindung stehen, solange jede
Volumenkammer die durch die Abzweigkanäle sich
ausbreitende Druckwelle reflektieren kann.
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Obwohl außerdem in der ersten Ausführungsform auch der
Drehzahlbereich des Motors, in dem der Effekt der
Resonanzaufladung erzielt werden kann, durch das Öffnen und
Schließen des zwischen den ersten und zweiten Kammern 8a
und 8b des Sammelbehälters 8 vorgesehenen ersten Ein-Aus-
Ventiles 15 verändert wird, wodurch der Motor mittels des
kinetischen Effektes der Ansaugluft in einem weiteren
Drehzahlbereich des Motors aufgeladen wird, ist dies
nicht unbedingt erforderlich. Der Sammelbehälter 8 kann
aber so angeordnet sein, daß der Effekt der
Resonanzaufladung lediglich in einem bestimmten Drehzahlbereich des
Motors erzielt werden kann.
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Die Fig. 10 bis 13 zeigen eine dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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In den Fig. 10 bis 13 besitzt ein V-Motor 101 rechte und
linke Zylinderköpfe 105 und 106, die jeweils rechte und
linke Zylinderbänke 102 und 103 bilden. Drei Zylinder 104
sind in jedem Zylinderkopf ausgebildet. In den
Innenseiten der rechten und linken Zylinderköpfe 105 und 107 sind
Einlässe 107 ausgebildet. Ein erster Sammelbehälter 108
erstreckt sich in Längsrichtung des Motors 101 über der
rechten Zylinderbank 102. Ein zweiter Sammelbehälter 109
erstreckt sich in Längsrichtung des Motors 101 über der
linken Zylinderbank 103.
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Der erste Sammelbehälter 108 ist mit einem Drosselkörper
115 verbunden, der später beschrieben wird. Der erste
Sammelbehälter 108 ist mit jedem der Einlässe 107 über
einen Ansaugkanal für hohe Motordrehzahlen 110, dessen
effektive Länge kurz ist, verbunden. Der erste
Sammelbehälter 108 steht mit dem zweiten Sammelbehälter 109 über
einen Verbindungskanal 111 in Verbindung, der sich über
den Raum zwischen den Zylinderbänken 2 und 3 erstreckt.
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Der zweite Sammelbehälter 109 steht mit jedem Einlaß 107
über einen Ansaugkanal für niedrige Motordrehzahlen 112,
dessen effektive Länge relativ groß ist und der unter dem
Verbindungskanal 111 angeordnet ist, in Verbindung.
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Jeder Ansaugkanal für hohe Motordrehzahlen 110 und jeder
Ansaugkanal für niedrige Motordrehzahlen 112 geht in der
Mitte zwischen den rechten und linken Zylinderbänken 102
und 103 ineinander über und ist dann mit den Einlässen
107 in den rechten und linken Zylinderbänken 102 und 103
über ein Gabelrohr 113 verbunden. Jeder Ansaugkanal für
hohe Motordrehzahlen 110 ist mit einem Ein-Aus-Ventil 114
an seiner Verbindungsstelle mit dem Ansaugkanal für
niedrige Motordrehzahlen 112 versehen. Die Form und der
Einbauort des Ein-Aus-Ventiles 114 ist so gewählt, daß es
weder die Größe des Querschnitts des Ansaugkanals für
niedrige Motordrehzahlen 112 verändert noch den
Ansaugwiderstand im Ansaugkanal für niedrige Motordrehzahlen 112
erhöht, wodurch ein Drehmoment-Stoß im unteren Drehzahl
bereich des Motors, in dem die Ansaugluft durch den
Ansaugkanal für niedrige Motordrehzahlen 112 in die
Zylinder eingeleitet wird, verhindert wird. Zu diesem
Zweck kann die dem Einlaß 107 gegenüberliegende Fläche
zum Beispiel mit einem großen Krümmungsradius konkav
ausgeführt sein.
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Der Abstand des ersten Sammelbehälters 108 von der Mitte
zwischen den Zylinderbänken 102 und 103 ist kürzer als
der des zweiten Sammelbehälters 109. Mit dieser Anordnung
kann die effektive Länge des Ansaugkanals für hohe
Motordrehzahlen 110 verkürzt werden, wobei über der rechten
Zylinderbank 103 ein freier Raum verbleibt. Der
Drosselkörper 115 ist in diesem freien Raum über der rechten
Zylinderbank 103 angeordnet. Das Bezugszeichen 115a
bezeichnet ein Rohr, das den Drosselkörper 115 mit einem
Luftfilter verbindet; es ist abnehmbar auf dem
Drosselkörper
115 montiert. Bezugszeichen 115b bezeichnet eine
Leerlaufdrehzahl-Steuereinrichtung.
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In dem Ansaugsystem dieser Ausführungsform sind die Ein-
Aus-Ventile 14 und die Ansaugkanäle für hohe
Motordrehzahlen 110 im niedrigen Drehzahlbereich des Motors
geschlossen, weshalb die Ansaugluft zuerst durch den
Drosselkörper 115 in den Sammelbehälter 108 und dann
durch die Verbindungsleitung 111, den zweiten
Sammelbehälter 109 und den Ansaugkanal für niedrige
Motordrehzahlen 112 in jeden Zylinder 4 strömt.
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Somit funktionieren die ersten und zweiten Sammelbehälter
108 und 109 als ein großer Sammelbehälter, dessen Volumen
der Summe ihrer Volumina entspricht, wodurch
dementsprechend ein zufriedenstellender Effekt der
Trägheitsaufladung erzielt werden kann.
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Im hohen Drehzahlbereich des Motors sind die Ein-Aus-
Ventile 14 und die Ansaugkanäle für hohe Motordrehzahlen
110 geöffnet. Demgemäß wird der Großteil der Ansaugluft
durch den Ansaugkanal für hohe Motordrehzahlen 110,
dessen effektive Länge kurz ist, in jeden Zylinder 4
eingeleitet, obwohl ein Teil der Ansaugluft in jeden
Zylinder 4 durch die Ansaugkanäle für niedrige
Motordrehzahlen 112 eingeleitet wird.
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Da der erste Sammelbehälter 108 zur Mitte zwischen den
Zylinderbänken 102 und 103 hin versetzt ist und der
Drosselkörper 115 in dem freien Raum über der rechten
Zylinderbank 103 angeordnet ist, kann der Teil des
Ansaugsystems, der sich stromaufseitig zum ersten
Sammelbehälter 108 befindet, einschließlich des Drosselkörpers
115 und des Luftfilters, kurz ausgeführt werden, wodurch
die Positionierung dieses Teiles des Ansaugsystems
vereinfacht wird und kompakt angeordnet werden kann. Ferner
wird das Aussehen des Inneren des Motorraumes verbessert,
wobei es einfach wird, den Motor zu montieren und zu
warten.
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Da weiterhin der Teil des Ansaugsystems, der sich
stromaufseitig zum ersten Sammelbehälter 108 befindet, und die
Ansaugkanäle für hohe Motordrehzahlen 110 verkürzt werden
können, können auch der Ansaugwiderstand im hohen
Drehzahlbereich des Motors wesentlich verringert und
dementsprechend der volumetrische Wirkungsgrad im hohen
Drehzahlbereich des Motors wesentlich verbessert werden.
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Die Querschnittsfläche des ersten Sammelbehälters 108
wächst allmählich vom Ansauglufteinlaß auf seiten des
Drosselkörpers 115 zu der stromabseitigen Seite entlang
der Strömungslinie der Ansaugluft an, wodurch die
Ansaugluft im hohen Drehzahlbereich des Motors gleichmäßiger
auf die Zylinder verteilt werden kann.
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Der Verbindungskanal 111, der im Ansaugsystem am höchsten
angeordnet ist, ist zu der hinteren Seite der ersten und
zweiten Sammelbehälter 108 und 109 versetzt. Da die
Motorhaubenlinie im allgemeinen zur Vorderseite des
Fahrzeugkörpers hin nach unten abfällt, wie von der
Kettenlinie a in Fig. 12 gezeigt, entspricht diese
Anordnung des Verbindungskanales 111 der Anforderung, die
Motorhaubenlinie zu senken.
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Ein AGR-Kanal 116 und ein Durchblasgaskanal 117 sind mit
dem Verbindungskanal 111 verbunden. Der AGR-Kanal 116
führt von einem AGR-Ventil 118 weg und ist mit einem
Bereich auf der stromaufseitigen Seite des
Verbindungskanales 111 verbunden. Der Durchblasgaskanal 117 führt vom
linken Zylinderkopf 106 weg und ist mit einem Bereich auf
der stromabseitigen Seite des Verbindungskanales 111
verbunden. Mit dieser Anordnung strömen das AGR-Gas und
das Umström-Gas durch einen langen Kanal, der den
Verbindungskanal 111, den zweiten Sammelbehälter 109 und den
Ansaugkanal für niedrige Motordrehzahlen 112 umfaßt,
wodurch die Gase ausreichend mit Luft gemischt und
gleichmäßig auf die Zylinder 4 verteilt werden.
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Wenn weiterhin der AGR-Gaskanal 117 mit dem
Verbindungskanal 111 stromaufseitig zum Durchblasgaskanals 116
verbunden ist, kann das AGR-Gas, das die Emissionen
negativ beeinflussen kann, in ausreichendem Maß mit Luft
gemischt werden, während gleichzeitig der Ölanteil im
Umström-Gas sich nicht an der Öffnung des AGR-Gaskanales
117 ablagern kann. Eine Kaltstart-Einspritzdüse 119 ist
in dem Kanal zwischen der Drosselklappe im Drosselkörper
und dem ersten Sammelbehälter 108 vorgesehen. Wenn sich
die Kaltstart-Einspritzdüse 119 in einer solchen Position
befindet, strömt der von der Einspritzdüse während des
Kaltstarts eingespritzte Kraftstoff zusammen mit der
Ansaugluft über einen langen Kanal, der den ersten
Sammelbehälter 108, den Verbindungskanal 111, den zweiten
Sammelbehälter 109 und den Ansaugkanal für niedrige
Motordrehzahlen 112 umfaßt, bevor er in den Zylinder
eintritt, wodurch er in ausreichendem Maße mit Luft
vermischt und gleichmäßig auf die Zylinder 4 verteilt
werden kann.
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Eine Unterdruckkammer 121, die als Unterdruckspeicher für
einen Brems-Hauptspeicher oder ähnliches dient, ist mit
dem Gabelrohr 113 über ein Rückschlagventil 120
verbunden, das entsprechend dem Ansaugunterdruck geöffnet oder
geschlossen wird. Die Unterdruckkammer 121 ist in einem
Raum angeordnet, der vom oberen Bereich der Zylinderköpfe
und den Gabelrohren 113 festgelegt wird. Mit dieser
Anordnung kann die Unterdruckkammer 121 angeordnet
werden, wobei der obere Bereich des Raumes zwischen den
Zylinderbänken 102 und 103 am besten genutzt wird. Da
ferner die Unterdruckkammer 121 in der Nähe der Zylinder
4 angebracht werden kann, die Unterdruckquellen
darstellen, kann die Unterdruckkammer 121 einen großen
Unterdruck speichern. Die Anordnung kann weiterhin dazu
beitragen, die Unterdruckkammer 121 und den
Brems-Hauptspeicher kompakt unterzubringen.
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Der Ansaugkrümmer, der den Ansaugkanal für niedrige
Motordrehzahlen 112 bildet, belegt nicht den Raum über
der Montagestelle der Zündkerzen für jeden Zylinder 4 in
der linken Zylinderbank 103, weshalb eine
Zündkerzenabdeckung 122 in diesen Raum eingesetzt wird. Ein
Hochspannungskabel 123, das einteilig mit jeder
Zündkerzenabdeckung 122 verbunden ist, ist an der
Zylinderkopfabdeckung auf dem linken Zylinderkopf 106 befestigt.