DE69605198T2

DE69605198T2 - Einlasssystem für verbrennungsmotoren mit mehreren zylindern

Info

Publication number: DE69605198T2
Application number: DE69605198T
Authority: DE
Inventors: Jan Karlsson
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 2001-01-11
Anticipated expiration: 2016-06-29
Also published as: SE9502548L; EP0837981B1; WO1997003278A1; DE69605198D1; JPH11508985A; SE504646C2; EP0837981A1; SE9502548D0; US5921212A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Einlaßsystem für Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern, umfassend eine erste Luftverteilungskammer, ein getrenntes Einlaßrohr für jeden Motorzylinder, wobei sich die Einlaßrohre zwischen der ersten Verteilungskammer und dem/den jeweiligen Einlaßventil/-ventilen des entsprechenden Zylinders erstrecken, und eine zweite Luftverteilungskammer, die verbindbar ist mit jedem der Einlaßrohre zwischen der ersten Kammer und den Einlaßventilen über einen entsprechenden Kanal, der durch ein steuerbares Ventil geöffnet werden kann, wobei in bezug auf die Drehzahl des Motors die Ventile durch eine Steuereinrichtung gleichzeitig zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung betreibbar sind.[0001]

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Druckschrift EP 633 397 beschreibt ein aktives Einlaßsystem für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren mit einer ersten Luftverteilungskammer, einem separaten Einlaßrohr für jeden Motorzylinder, wobei sich die Einlaßrohre zwischen der ersten Kammer und dem/den jeweiligen Einlaßventil/-ventilen der Zylinder erstrecken. Außerdem ist eine zweite Luftverteilungskammer vorhanden, die mit jedem der Einlaßrohre zwischen der ersten Kammer und den Einlaßventilen verbindbar ist über einen entsprechenden Kanal, der durch eine steuerbare Drosselklappe geöffnet werden kann. Die zweite Kammer ist mit der ersten Kammer über Resonanzrohre verbunden, wobei die Einlässe in die zweite Kammer durch eine weitere Drosselklappe geöffnet werden können. Diese Lösung ermöglicht die Nutzung der Resonanzfrequenz für einen vorteilhaften volumetrischen Wirkungsgrad innerhalb der Bereiche mittlerer und oberer Motordrehzahlen.[0002]
In vielen Fällen ist es stattdessen wünschenswert, einen vorteilhafteren volumetrischen Wirkungsgrad innerhalb eines niedrigeren Motordrehzahlbereiches vorzusehen. Das ist verhältnismäßig einfach zu erreichen, wobei es aber in diesem Falle normal ist, dass man einen Abfall der Momentenkurve erhält, der den mittleren Bereich der Motordrehzahlen beeinflußt. Ein solcher Abfall wird von dem Fahrer eines Fahrzeugs wahrgenommen, als ob dem Motor in diesem mittleren Bereich die Leistung fehlt. Deshalb neigt der Durchschnittsfahrer dazu, unnötig hohe Drehzahlen zu nutzen, um den Motor aus dem Abfall der Momentenkurve herauszuhalten. Daraus ergibt sich, dass die positive Wirkung des erhöhten volumetrischen Wirkungsgrades in Wirklichkeit bei diesen bekannten Einrichtungen verschwindet.[0003]

DIE TECHNISCHE AUFGABE

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Einlaßsystem bereitzustellen, das einen vorteilhafteren volumetrischen Wirkungsgrad innerhalb eines niedrigeren Bereiches von Motordrehzahlen bietet, ohne den mittleren Bereich von Motordrehzahlen zu beeinflussen.[0004]
Dies wurde erfindungsgemäß mit den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht.[0005]
Vorteilhafte Varianten der Erfindung sind in den begleitenden Unteransprüchen offenbart.[0006]

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele ausführlicher beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen zeigen[0007]
Fig. 1 schematisch ein Einlaßsystem nach der Erfindung, das an einen 6- Zylinder-Verbrennungsmotor angepaßt ist;
Fig. 2 ein Diagramm, das die technische Leistung des erfindungsgemäßen Einlaßsystems darstellt;
Fig. 3 ein Einlaßsystem in der gleichen Art und Weise wie Fig. 1, das für einen 4-Zylinder-Verbrennungsmotor angepaßt ist; und
Fig. 4 eine alternative Ausführung der ersten Luftverteilungskammer und die Resonanzrohre.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

[0008] Fig. 1 offenbart ein Einlaßsystem für einen 6-Zylinder- Verbrennungsmotor 10. Das Einlaßsystem weist eine Auslaßmuffe 11 von einem Luftfiltergehäuse auf, das nicht offenbart ist. In der Auslaßmuffe ist eine Drosselklappe 12 zur Steuerung des Volumenstroms der gefilterten Einlaßluft vorgesehen.
[0009] Die Auslaßmuffe 11 erweitert sich zu einer Luftverteilungskammer 13, die in Verbindung mit den Einlaßrohren 14 angeordnet ist, die sich zwischen dem/den Einlaßventil/-ventilen jedes Motorzylinders und einer zusätzlichen Luftverteilungskammer 15 erstrecken. Diese Kammer 15 ist durch eine Trennwand 16 in zwei akustisch im wesentlichen gleiche Volumina 17a, 17b geteilt. Die Trennwand 16 ist mit einem öffenbaren Ventil 18 versehen, das es ermöglicht, die beiden Volumina akustisch zu einem gemeinsamen Volumen miteinander zu verbinden.
[0010] Jedes der beiden Volumina 17a, 17b der Kammer 15 ist mit der Kammer 13 über ein Resonanzrohr 19 verbunden. Außerdem ist jedes der sechs Einlaßrohre 14 mit seinem eigenen Kanal in die Kammer 13 versehen, wobei der Kanal durch das Ventil 20 geöffnet werden kann. Die Resonanzrohre haben vorzugsweise eine ebenso lange akustische Länge wie die Segmente der Einlaßrohre 14, die sich zwischen den Kanalventilen 20 und der Kammer 15 erstrecken. Im Gegensatz dazu weicht die akustische Querschnittsfläche der Resonanzrohre 19 von der akustischen Querschnittsfläche der Einlaßrohre 14 ab. Vorzugsweise sind die Kanalventile 20 bei etwa einem Drittel des Abstandes vom Motor 10 zur Kammer 15 angeordnet.
[0011] Das Ventil 18 kann über einen nicht gezeigten Mikroprozessor zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung betrieben werden. Dieser Prozessor nimmt ein Eingangssignal auf, das der Drehzahl des Motors zugrunde gelegt ist, so dass bei einer bestimmten Motordrehzahl automatisch ein Wechsel von der einen Betriebsart in die andere stattfindet. Die Kanalventile 20 können in vergleichbarer Weise automatisch über eine entsprechende Steuerungseinrichtung in bezug auf die Drehzahl des Motors gleichzeitig zwischen einer geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung betrieben werden.
[0012] Fig. 2 veranschaulicht grafisch die Funktion des Einlaßsystems, wobei die waagerechte Achse die zunehmenden Drehzahlen r/s und die senkrechte Achse ein steigendes Drehmoment Nm angeben.
[0013] In einem Bereich niedriger Motordrehzahlen, der durch die Kurve 21 dargestellt ist, wird ein vorteilhaftes Drehmoment bei geschlossenen Ventilen 18 und 20 erzielt. Hierbei ist die Periodendauer des Luftvolumens in dem Einlaßsystem durch die akustische Länge der Einlaßrohre 14, das Luftvolumen im Kammerabschnitt 17a bzw. 17b, das Luftvolumen in den jeweiligen Resonanzrohren 19 und das Luftvolumen in der Kammer 13 bestimmt.
[0014] In einem Bereich mittlerer Motordrehzahlen, der durch die Kurve 22 veranschaulicht ist, wird ein vorteilhaftes Drehmoment mit dem sich in seiner offenen Stellung befindlichen Ventil 18 erzielt. Hierbei ist die Periodendauer des Luftvolumens in dem Einlaßsystem durch die akustische Länge der Einlaßrohre 14 bestimmt.
[0015] In einem Bereich höherer Motordrehzahlen, der durch die Kurve 23 dargestellt ist, wird ein vorteilhaftes Drehmoment mit den offenen Ventilen 18 und 20 erzielt. Hierbei ist die Periodendauer des Luftvolumens im Einlaßsystem durch die akustische Länge des ersten Drittels der Resonanzrohre 14 bestimmt.
[0016] Wie Fig. 2 veranschaulicht, ist es auch möglich, eine Betriebsart entsprechend der Kurve 21 zu nutzen, nachdem der Scheitelwert der Kurve 22 durchlaufen ist, wobei ein gleichmäßigerer Übergang zur Kurve 23 erzielt wird.
[0017] Alle Ventile 20 sind vorzugsweise längs einer gemeinsamen Welle angeordnet, so dass sie gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden.
[0018] Fig. 3 offenbart ein alternatives Ausführungsbeispiel des Einlaßsystems, das für einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit vier Reihenzylindern angepaßt ist. Die Einlaßrohre 14 für die beiden äußeren Zylinder sind mit einem der Kammervolumina 17a, und die Einlaßrohre 14 zu den beiden dazwischen liegenden Zylindern mit dem zweiten Kammervolumen 17b verbunden. Dieses erfordert, das Einlaßrohr 14 für einen der beiden äußeren Zylinder so zu fertigen, dass es die Einlaßrohre der beiden dazwischenliegenden Zylinder kreuzt. Die Einlaßrohre verlaufen jedoch im kürzesten Abstand zwischen dem Motor und den Ventilen zur Kammer 13.
[0019] Fig. 4 stellt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Einlaßsystems dar, in dem die Resonanzrohre 19 zentral zwischen beiden Gruppen der Einlaßrohre 14 angeordnet sind. Diese Abbildung zeigt, dass das Ventil 18 der ersten Luftverteilungskammer 15 nicht im Inneren von dieser angeordnet sein muß, sondern stattdessen zwischen den Resonanzrohren 19 an einer geeigneten Stelle zwischen den beiden Luftverteilungskammern 13, 15 eine öffenbare Verbindung bilden kann.
[0020] Die Erfindung ist natürlich nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es ist eine Anzahl von Modifizierungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche vorstellbar, und infolgedessen kann die Erfindung natürlich auch auf Motoren mit anderen Zylinderanordnungen als in den gezeigten Ausführungsbeispielen angewandt werden. Weiterhin kann die erste Luftverteilungskammer in vielen unterschiedlichen Arten, z. B. als zwei getrennte Einheiten konstruiert sein, die über einen öffenbaren Kanal von geeigneter Länge miteinander verbunden sind.

Claims

1. Einlaßsystem für Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern (10), umfassend eine erste Luftverteilungskammer (15), ein getrenntes Einlaßrohr (14) für jeden Motorzylinder, wobei sich die Einlaßrohre zwischen der ersten Verteilungskammer (15) und dem/den jeweiligen Einlaßventil/-ventilen des entsprechenden Zylinders erstrecken, und eine zweite Luftverteilungskammer (13), die verbindbar ist mit jedem der Einlaßrohre (14) zwischen der ersten Kammer und den Einlaßventilen über einen entsprechenden Kanal, der durch ein steuerbares Ventil (20) geöffnet werden kann, wobei in bezug auf die Drehzahl des Motors die Ventile durch eine Steuereinrichtung gleichzeitig zwischen einer geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung betreibbar sind, wobei die zweite Luftverteilungskammer (13) über eine einstellbare Drosselklappe (12) Einlaßluft aufnimmt, und die erste Luftverteilungskammer (15) in zwei Volumina (17a, 17b) geteilt ist, die über ein zusätzliches zu öffnendes Ventil (18) verbindbar sind, wobei jedes Volumen über zumindest ein Resonanzrohr (19) mit der zweiten Verteilungskammer (13) verbunden ist, und in bezug auf die Drehzahl des Motors das Ventil (18) der ersten Luftverteilungskammer (15) mittels eine Steuereinrichtung zwischen einer geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung steuerbar ist.

2. Einlaßsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei Betriebsarten, wobei in einer ersten Betriebsart sich sowohl die Kanalventile (20) als auch das Ventil (18) der ersten Luftverteilungskammer (15) in einer geschlossenen Stellung befinden, in einer zweiten Betriebsart sich die Kanalventile in einer geschlossenen Stellung befinden und sich das Ventil der ersten Luftverteilungskammer in der offenen Stellung befindet, und in einer dritten Betriebsart sich die Ventile der ersten Luftverteilungskammer (15) in einer offenen Stellung befinden.

3. Einlaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalventile (20) auf einer gemeinsamen Steuerwelle angebracht sind.

4. Einlaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzrohre (19) die gleiche akustische Länge aufweisen wie die akustische Länge der Einlaßrohre (14) zwischen der ersten Luftverteilungskammer (15) und der zweiten Luftverteilungskammer (13).

5. Einlaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Querschnittsfläche der Resonanzrohre (19) von der akustischen Querschnittsfläche dar Einlaßrohre (14) verschieden ist.

6. Einlaßsystem nach Anspruch 1, das an einen 4-Takt- Verbrennungsmotor mit 4 Reihenzylindern angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßrohre (14) zu beiden Endzylindern mit einem der Kammervolumina (17a) verbunden sind, und daß die Einlaßrohre (14) zu den zwei dazwischenliegenden Zylindern mit dem zweiten Kammervolumen (17b) verbunden sind.