AT414264B

AT414264B - Brennkraftmaschine mit einer variablen einlassvorrichtung

Info

Publication number: AT414264B
Application number: AT0140404A
Authority: AT
Inventors: Franz Dr Laimboeck
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-10-15
Also published as: ATA14042004A

Description

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AT 414 264 B

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer variablen Einlassvorrichtung, mit einem Schaltorgan zum Umschalten zwischen zumindest zwei verschiedenen Ansauglängen, mit zumindest einem ersten Ansaugrohr pro Zylinder. 5 Variable Einlassvorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um zwischen unterschiedlichen resonanzwirksamen Ansaugrohrlängen umzuschalten, um dadurch für jede Motordrehzahl einen maximalen gasdynamischen Aufladeffekt zu erzielen.

Jeder Motordrehzahl ist eine bestimmte Ansauglänge mit einem maximal gasdynamischen io Aufladeeffekt zugeordnet. Um ein hohes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich ohne gleichzeitiger Einbuße an Maximalleistung zu erreichen, muss die Saugrohrlänge veränderbar und an die jeweilige Drehzahl anpassbar sein. Bekannte Schaltsaugrohre realisieren diese Forderung durch Öffnen und Verschließen von Zusatzkanälen mittels Flachschieber, Drehschieber oder Drosselklappen. 15

Aus der EP 0 201 180 B1 ist beispielsweise ein Schaltsaugrohr für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei über eine Umschaltklappe zwischen einem langen und einem kurzen Strömungsweg umgeschaltet wird. Nachteilig ist, dass Schaltsaugrohre dieser Art relativ viel Bauraum in Anspruch nehmen und herstellungsmäßig aufwendig sind. 20

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine variable Einlassvorrichtung zu entwickeln, mit welcher auf kleinstem Bauraum und mit minimalem Fertigungsaufwand zwischen einem langen und einem kurzen Strömungsweg umgeschaltet werden kann. 25 Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das vorzugsweise im Wesentlichen als Ansaugtrichter ausgebildete erste Ansaugrohr an seinem Anfangsbereich von einem topfartigen zweiten Ansaugrohr mit Abstand teilweise umgeben ist, wobei eine einen ersten Strömungsweg definierende erste Ansaugöffnung durch das Schaltorgan verschließbar ist, und wobei ein zweiter Strömungsweg vorzugsweise durch einen Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten 30 Ansaugrohr gebildet ist, wobei vorzugsweise die erste Ansaugöffnung fluchtend mit dem ersten Ansaugrohr im zweiten Ansaugrohr angeordnet ist.

Dabei ist vorgesehen, dass das zweite Ansaugrohr im Wesentlichen topfartig ausgebildet ist, wobei die erste Ansaugöffnung in einer Stirnfläche des Topfes angeordnet ist. 35

Eine kompakte Ausführung kann erreicht werden, wenn das zweite Ansaugrohr über das erste Ansaugrohr übergestülpt ist.

In weiterer Ausführung kann vorgesehen sein, dass eine den Beginn des zweiten Strömungs-40 weges definierende zweite Ansaugöffnung durch den Rand des zweiten Ansaugrohres und die Außenwand des ersten Ansaugrohres gebildet ist, wobei vorzugsweise die Innenwand des zweiten Ansaugrohres und/oder die Außenwand des ersten Ansaugrohres vorzugsweise in gleichem Sinne konisch geneigt sind. 45 Die Strömung des zweiten Strömungsweges ist der Ansaugströmung entgegengerichtet. Dadurch kann auf sehr kleinem Bauraum eine deutliche Verlängerung des Ansaugströmungsweges erreicht werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltorgane von verschiedenen so ersten Ansaugrohren, insbesondere von verschiedenen Zylindern miteinander verbunden sind.

Der Querschnitt des ersten und/oder zweiten Ansaugrohres kann oval, elliptisch oder rechteckig mit abgerundeten Ecken sein. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Querschnitt des ersten und/oder zweiten Strömungsweges sich in Strömungsrichtung, vorzugsweise stetig, 55 verjüngend ausgebildet ist. 3

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In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass Schaltorgan an seiner Innenseite zumindest eine vorzugsweise rotationssymmetrische Strömungsleitfläche aufweist. Die Strömungsleitfläche ist dabei vorzugsweise verlaufend mit der Stirnfläche des zweiten Ansaugrohres ausgebildet, um die Strömung des zweiten Strömungsweges möglichst 5 verlustfrei in das erste Ansaugrohr umzulenken.

Um den Strömungswiderstand der Ansaugströmung zu reduzieren, kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des ersten und/oder zweiten Strömungsweges, zumindest abschnittsweise, eine definierte Struktur und/oder eine definierte Rauhtiefe aufweist. Dadurch kann der Grenzschicht-io aufbau im Bereich der Oberfläche der Strömungswege wirksam verhindert werden.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Oberfläche eine vorzugsweise golfballartige Struktur mit definierten, vorzugsweise dellenförmigen, Vertiefungen und/oder vorzugsweise noppenartige Erhebungen aufweist, wobei die Struktur eine Tiefe bzw. Höhe von 0,1 mm bis 15 0,4 mm, vorzugsweise 0,2 mm aufweisen kann. Sehr vorteilhaft für die Unterbindung des

Grenzschichtaufbaus ist es, wenn die Vertiefungen bzw. Erhöhungen im Wesentlichen kreisförmig sind und jeweils einen Durchmesser zwischen 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise 3 mm bis 6 mm, besonders vorzugsweise etwa 4 mm bis 5 mm aufweisen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen bzw. Erhöhungen 20 in zwei versetzten Reihen angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Vertiefungen oder Erhöhungen größer ist als deren Durchmesser und vorzugsweise zwischen etwa 9 mm bis 13 mm besonders vorzugsweise 10 mm bis 12 mm beträgt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Rauhtiefe vorzugsweise zwischen 10 pm bis 20 pm beträgt. 25

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße variable Einlassvorrichtung in einer ersten Ausführungsvariante in einem Längsschnitt in einer ersten Betriebsstellung, Fig. 2 diese variable Ein-30 lassvorrichtung im Längsschnitt in einer zweiten Betriebsstellung, Fig. 3 eine variable Einlassvorrichtung in einer zweiten Ausführungsvariante im Längsschnitt in einer ersten Betriebsstellung, Fig. 4 diese variable Einlassvorrichtung im Längsschnitt in einer zweiten Betriebsstellung, Fig. 5 ein Detail der Oberfläche der Strömungswege und Fig. 6 die Oberfläche in einem Schnitt gemäß Linie Vl-Vl in Fig. 5. 35

Die variable Einlassvorrichtung 2 weist ein erstes Ansaugrohr 4 und ein zweites Ansaugrohr 6 auf. Das zweite Ansaugrohr 6 ist konzentrisch über das erste Ansaugrohr 4 gestülpt und weist eine im Wesentlichen topfförmige Gestalt auf. 40 Das erste Ansaugrohr 4 ist im Wesentlichen durch einen sich in Strömungsrichtung S verjüngenden Ansaugtrichter gebildet und über einen Flansch 5 am Zylinderkopf 8 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine befestigt. Mit 10 ist ein zu einem Brennraum eines Zylinders führender Einlasskanal bezeichnet. Ansaugtrichter dieser Art werden häufig bei Rennmotoren eingesetzt. 45

Das zweite Ansaugrohr 6 weist eine Stirnfläche 12 mit einer durch ein Schaltorgan 14 verschließbaren Eintrittsöffnung 16 auf, welche einen ersten Strömungsweg S! definiert.

Das zweite Ansaugrohr 6 ist vom ersten Ansaugrohr 4 beabstandet, so dass zwischen dem so ersten und dem zweiten Ansaugrohr 4, 6 ein den zweiten Strömungsweg S2 definierender Ringkanal 18 ausgebildet ist. Der Rand 20 des zweiten Ansaugrohres und eine äußere Wand 22 des doppelwandig ausgeführten ersten Ansaugrohres 4 definieren eine ringförmige Eintrittsöffnung 24 in den Ringkanal 18. Zur Befestigung des zweiten Ansaugrohres 6 und zur Einhaltung eines vordefinierten Abstandes zwischen den beiden Ansaugrohren 4, 6 sind Stege 19, beispielsweise se am ersten Ansaugrohr 4, vorgesehen. Erste und/oder zweite Ansaugrohre 4, 6 können einen

Claims

4 AT 414 264 B kreisrunden, ovalen, elliptischen oder rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweisen. Durch das Schaltorgan 14 der variablen Einlassvorrichtung 2 kann in Abhängigkeit des Motor-5 betriebszustandes - beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl - die Luft entweder über einen kurzen Ansaugweg, nämlich dem ersten Strömungsweg Si oder über einen langen Ansaugweg, nämlich dem zweiten Strömungsweg S2 angesaugt werden. Der kurze erste Strömungsweg St wird bei höheren Drehzahlen, der lange zweite Strömungsweg S2 bei niedrigen Drehzahlen des Motors verwendet. 10 Die Fig. 1 und 3 zeigen die Stellung des Schaltorganes 14 bei hohen Drehzahlen. Durch das geöffnete, beispielsweise als Klappe ausgeführte Schaltorgan 14 kann durch die erste Eintrittsöffnung 16 Luft einströmen und direkt innerhalb des ersten Ansaugrohres 4 dem Einlasskanal 10 der Brennkraftmaschine zugeführt werden. 15 Die Fig. 2 und 4 zeigen die Einlassvorrichtung 2 bei geschlossenem Schaltorgan 14. Die Ansaugluft strömt in diesem Falle durch die zweite Einlassöffnung 24 in den Ringkanal 18 und wird im Bereich der Stirnfläche 12 in das Innere des ersten Ansaugrohres 4 umgelenkt. Da die Ansaugluft über den zweiten längeren Strömungsweg S2 dem Einlasskanal 10 zugeführt wird, 20 können auch im unteren Drehzahlbereich maximale gasdynamische Aufladeeffekte erzielt werden. Bei der in Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsvariante weist das Schaltorgan 14 an seiner Innenseite 15 eine rotationssymmetrische torusartig gekrümmte Strömungsleitfläche 26 auf, welche 25 die Strömung aus dem Ringkanal 18 in das erste Ansaugrohr 4 umlenkt. Die Strömungsleitfläche 26 ist dabei verlaufend mit der Stirnfläche 12 des zweiten Ansaugrohres 6 ausgebildet, um die Strömungsverluste zu minimieren. Durch die Strömungsleitfläche 26 kann zumindest annähernd ein sich stetig in Strömungsrichtung verjüngender Verlauf der Strömungswege S^ S2 realisiert werden. 30 Das erste und zweite Ansaugrohr 4, 6 kann besonders einfach als Kunststoffspritzgussteil gefertigt werden. Die Oberfläche der Strömungswege S1f S2 kann zumindest abschnittsweise eine genau definier-35 te Struktur 30, beispielsweise eine golfballähnliche Struktur mit Vertiefungen 31 oder Erhebungen aufweisen, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Die zum Beispiel kalottenartigen Vertiefungen 31 weisen im Ausführungsbeispiel eine Tiefe t von etwa 0,1 mm bis 0,4 mm und einen kreisförmigen Durchmesser d zwischen 3 mm bis 6 mm auf. Der Abstand a zwischen zwei Vertiefungen 31 ist größer als der Durchmesser d und beträgt beispielsweise etwa 10 mm bis 40 12 mm. Die Vertiefungen 31 sind in zueinander versetzten Reihen angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Oberfläche der Strömungswege Si, S2 eine definierte Rauhtiefe rt von beispielsweise 10 pm bis 20 pm aufweisen. 45 Damit kann ein Grenzschichtaufbau der Strömung verhindert und Strömungsverluste vermindert werden. Patentansprüche: 50 1. Brennkraftmaschine mit einer variablen Einlassvorrichtung (2), mit einem Schaltorgan (14) zum Umschalten zwischen zumindest zwei verschiedenen Ansauglängen, mit zumindest einem ersten Ansaugrohr (4) pro Zylinder, wobei eine einen ersten Strömungsweg (Si) definierende erste Ansaugöffnung (16) durch das Schaltorgan (14) verschließbar ist, dadurch 55 gekennzeichnet, dass das vorzugsweise im Wesentlichen als Ansaugtrichter ausgebildete 5 AT 414 264 B erste Ansaugrohr (4) an seinem Anfangsbereich von einem topfartigen zweiten Ansaugrohr (6) mit Abstand teilweise umgeben ist, wobei ein zweiter Strömungsweg (S2) durch einen Ringspalt (18) zwischen dem ersten und dem zweiten Ansaugrohr (4, 6) gebildet ist, und dass der zweite Strömungsweg (S2) im Ringspalt (18) im Wesentlichen entgegengesetzt 5 zur Ansaugströmung (S) in das erste Ansaugrohr (4) gerichtet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ansaugöffnung (16) fluchtend mit dem ersten Ansaugrohr (4) im zweiten Ansaugrohr (6) angeordnet ist. 10
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ansaugrohr (6) im Wesentlichen topfartig ausgebildet ist, wobei die erste Ansaugöffnung (16) in einer Stirnfläche (12) des Topfes angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ansaugrohr (6) über das erste Ansaugrohr (4) übergestülpt ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Beginn des zweiten Strömungsweges (S2) definierende zweite Ansaugöffnung 20 (24) durch den Rand (20) des zweiten Ansaugrohres (6) und die Außenwand (22) des ers ten Ansaugrohres (4) gebildet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des zweiten Ansaugrohres (6) und/oder die Außenwand (22) des ersten An- 25 saugrohres (4), vorzugsweise in gleichem Sinne, konisch geneigt sind.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltorgane (14) von verschiedenen ersten Ansaugrohren (4), insbesondere von verschiedenen Zylindern miteinander verbunden sind. 30
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ansaugrohr (6) konzentrisch zum ersten Ansaugrohr (4) angeordnet ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der 35 Querschnitt des ersten Ansaugrohres (4) und/oder des zweiten Ansaugrohres (4, 6) im Wesentlichen oval, elliptisch oder rechteckig, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des ersten und/oder zweiten Strömungsweges (Si, S2) sich in Strömungsrich- 40 tung, vorzugsweise stetig, verjüngend ausgebildet ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltorgan (14) an seiner Innenseite (15) zumindest eine vorzugsweise rotationssymmetrische Strömungsleitfläche (26) aufweist. 45
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das und/oder zweite Ansaugrohr (4, 6) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass so die Oberfläche des ersten und/oder zweiten Strömungsweges, zumindest abschnittsweise, eine definierte Struktur (30) und/oder eine definierte Rauhtiefe aufweist.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine vorzugsweise golfballartige Struktur (30) mit definierten, vorzugsweise dellenförmigen, Ver- 55 tiefungen (31) und/oder vorzugsweise noppenartige Erhebungen aufweist. 6 AT 414 264 B
15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine Tiefe (t) bzw. Höhe von 0,1 mm bis 0,4 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm aufweist.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertie- 5 fungen (31) bzw. Erhöhungen im Wesentlichen kreisförmig sind und jeweils einen Durch messer (d) zwischen 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise 3 mm bis 6 mm, besonders vorzugsweise etwa 4 mm bis 5 mm aufweisen.
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass io die Vertiefungen (31) bzw. Erhöhungen in zwei versetzten Reihen angeordnet sind, wobei der Abstand (a) zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (31) oder Erhöhungen größer ist als deren Durchmesser (d) und vorzugsweise zwischen etwa 9 mm bis 13 mm, besonders vorzugsweise 10 mm bis 12 mm beträgt.
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhtiefe (rt) vorzugsweise zwischen 10 pm bis 20 pm beträgt. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 20 25 30 35 40 45 50 55