AT404287B

AT404287B - Saugrohr einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT404287B
Application number: AT0251589A
Authority: AT
Inventors: Klaus Dr Landfahrer; Ulrich Dipl Ing Mayerhofer; Leopold Dipl Ing Dr Mikulic
Original assignee: Avl Verbrennungskraft Messtech
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1998-10-27
Also published as: ATA251589A; DE4031886A1

Description

AT 404 287 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Saugrohr zur Verbindung eines Ansaugkanals eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit einem Sammler oder der Umgebung, welches Saugrohr einen Einlauftrichter aufweist, an dessen Einschnürung unmittelbar ein Diffusor anschließt, dessen erweitertes Ende mit dem Einlaß einer Düse in Verbindung steht, wobei die Einschnürung des Einlauftrichters und der Saugrohrquerschnitt nahe dem Saugrohrflansch am Zylinderkopf relativ eng sind, wobei die Einschnürung mindestens dem Auslaßdurchmesser der Düse entspricht.

Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit abgestimmten Saugsystemen besteht das Saugrohr aus zylindrischen und düsenförmigen Rohrstücken, durch deren Abmessungen die Drehmomentencharakteristik und die Leistungsfähigkeit des Motors bestimmt wird.

Bei Motoren mit hohen Nennleistungen ist die optimale Zylinderfüllung bei den bekannten Lösungen nur auf ein sehr schmales Drehzahlband beschränkt. Im unteren und mittleren Drehzahlbereich verlieren sie stark an volumetrischem Liefergrad und damit an Leistung. Der Grund dafür liegt in den gasdynamischen Vorgängen innerhalb des Saugrohres, die auf hohe Gasgeschwindigkeiten angewiesen sind. Um bei hohen Drehzahlen gleichzeitig die Druckverluste durch die Wandreibung gering zu halten, muß deshalb des Saugrohr mit relativ großen Querschnitten versehen werden. Dadurch wird aber die Gasdynamik bei niedrigen Drehzahlen stark vermindert.

Die WO 86/01857 A1 beschreibt ein Saugrohr der eingangs genannten Art, mit welchem die Gasströmung in Einlaß- oder Auslaßsystemen beschleunigt werden soll, wobei eine prismatische Expansionskammer vorgesehen ist. Zwischen dem kreisförmigen Eintrittsquerschnitt und dem rechteckigen Querschnitt der Expansionskammer bzw. Expansionskammer und dem kreisförmigen Austrittsquerschnitt sind Übergangsstellen erforderlich. Dadurch, und vor allem wegen der starken Querschnittsänderungen, kommt es zu starken Strömungsverwirbelungen und hohen Wandreibungen. Derartige Verwirbelungen würden jede gasdynamische Aktivität im unteren Drehzahlbereich stören.

Ziel der Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und ein Saugrohr der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem sich auch bei niedrigeren Drehzahlen eine hohe Gasdynamik ergibt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zur Erhöhung des volumetrischen Liefergrades im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmschine sowohl der Diffusor im Hinblick auf dessen Länge und die Durchmesser an dessen Enden, als auch die Düse im Hinblick auf deren Länge und Einlaß-und Auslaßdurchmesser so ausgelegt sind, daß gemäß den strömungstechnischen Erfordernissen (verringerte Strömungsverluste) bei den gasdynamischen Vorgängen im Saugrohr bei der gewünschten Drehmoment- und Leistungscharakteristik des Motors an keiner Stelle des Diffusors und der Düse Strömungsablösungen auftreten, wobei für das Verhältnis v des ausgangsseitigen Durchmessers des Diffusors zum Durchmesser der Einschnürung 1 < v S 1,8 gilt, wobei d2 £ dt ist, der Diffusor über ein zylindrisches Rohrstück mit der Düse verbunden ist und Ansaugtrichter, Diffusor, Düse und Ansaugkanal die gleiche geometrische Querschnittsform aufweisen.

Durch den engen Querschnitt am Ende des Ansaugtrichters ergibt sich eine hohe Gasdynamik. Dabei wird durch den Ansaugtrichter auch erreicht, daß das Gasgemisch, bzw. die Luft weitgehend verlustfrei in das übrige Saugrohr einströmt.

Der an den Ansaugtrichter anschließende Diffusor bewirkt einen leichten Druckanstieg, wobei gleichzeitig durch die Erweiterung des Querschnittes die Strömungsverluste als Folge der Rohrreibung verringert werden. Durch die Düse kommt es zu einer Bündelung des Luft- bzw. Gasstromes auf den Durchmesser des Anschlusses des Zylinderkopfes, wobei die Düse gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit vor dem Einlaßkanal erhöht und damit die Gasdynamik steigert.

Die Abstimmung der gasdynamischen Vorgänge im Saugrohr auf die gewünschte Drehmomenten- und Leistungscharakteristik des Motors ist dabei durch die Auslegung des Diffusors im Hinblick auf dessen Länge und die Durchmesser an dessen Enden und der Düse im Hinblick auf deren Länge und Einlaß- und Auslaßdurchmesser möglich.

Durch diese Maßnahmen wird eine zu weitgehende Erhöhung des Volumens des Saugrohres vermieden, die sich bei einem direkten Anschluß des Diffusors an die Düse bei größeren Längen des Saugrohres ergeben würde.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Saugrohres und Fig. 3 ein Diagramm der errechneten Vollastwerte mit einem herkömmlichen und einem erfindungsgemäßen Saugrohr.

Bei dem Saugrohr 1 nach der Fig. 1 ist an dem Ansaugtrichter 2 der über die Länge h eine rasche Verminderung des Durchmessers di an dessen Einlaßseite auf den Durchmesser d2 bewirkt, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Ansaugtrichter strömenden Gases führt. 2

Claims

AT 404 287 B An den Ansaugtrichter 2 schließt unmittelbar ein Diffusor 3 an, über dessen Länge h sich der Durchmesser des Saugrohres 1 vom Durchmesser d2 auf den Durchmesser da vergrößert, wodurch es zu einer entsprechenden Erhöhung des Druckes kommt. An diesen Diffusor 3 schließt eine Düse 4 unmittelbar an, die den Durchmesser da über eine Länge U den Durchmesser d3 auf den Durchmesser d* vermindert, der gleichzeitig den Einlaßdurchmesser des Ansaugkanals 5 darstellt. Dies führt zu einer entsprechenden Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durch das Ansaugrohr strömenden Gases. Das Ansaugrohr 1' nach der Fig.
2 unterscheidet sich von jenem nach der Fig. 1 nur dadurch, daß zwischen dem Diffusor 3 und der Düse 4 ein zylindrisches Rohrstück 6 zwischengeschaltet ist, über dessen Länge b die Strömungsverhältnisse praktisch gleichbleiben. Für das Verhältnis v = da/d2 soll dabei vorzugsweise ein Bereich 1 <vS 1,8 gelten, wobei d2 2 d* ist. Das Verhältnis der Längen h bis I4 ist stark vom Anwendungszweck und von den Durchmesserverhältnissen abhängig. Die Fig.
3 zeigt ein Diagramm, wo über der Drehzahl in Prozent der effektive Mitteldruck m aufgetragen ist. Die errechneten Vollastwerte eines Saugrohres nach der Erfindung, dessen Werte mit vollen Linien eingezeichnet sind, werden jenen eines herkömmlichen Ansaugrohres gegenübergestellt, dessen Werte mit strichlierten Linien eingetragen sind. Die Fig. 3 zeigt, daß die Kurve der errechneten Vollastwerte über den gesamten Drehzahibereich erheblich gleichmäßiger verläuft als bei einem herkömmlichen Ansaugrohr. Patentansprüche 1. Saugrohr zur Verbindung eines Ansaugkanals eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit einem Sammler oder der Umgebung, welches Saugrohr einen Einlauftrichter aufweist, an dessen Einschnürung unmittelbar ein Diffusor anschließt, dessen erweitertes Ende mit dem Einlaß einer Düse in Verbindung steht, wobei die Einschnürung des Einiauftrichters und der Saugrohrquerschnitt nahe dem Saugrohrflansch am Zylinderkopf relativ eng sind, wobei die Einschnürung mindestens dem Auslaßdurchmesser der Düse entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des volumetrischen Liefergrades im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmschine sowohl der Diffusor (3) im Hinblick auf dessen Länge (I2) und die Durchmesser (d2, da) an dessen Enden, als auch die Düse (4) im Hinblick auf deren Länge (U) und Einlaß- und Auslaßdurchmesser (da bzw. cL) so ausgelegt sind, daß gemäß den strömungstechnischen Erfordernissen (verringerte Strömungsverluste) bei den gasdynamischen Vorgängen im Saugrohr (1) bei der gewünschten Drehmoment- und Leistungscharakteristik des Motors an keiner Stelle des Diffusors (3) und der Düse
(4) Strömungsablösungen auftreten, wobei für das Verhältnis v des ausgangsseitigen Durchmessers (de) des Diffusors (3) zum Durchmesser der Einschnürung (cfe) 1 < v έ 1,8 gilt, wobei d2 £ d* ist, der Diffusor (3) über ein zylindrisches Rohrstück (6) mit der Düse (4) verbunden ist und Ansaugtrichter (2), Diffusor (3), Düse (4) und Ansaugkanal (5) die gleiche geometrische Querschnittsform aufweisen. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 3